Ingénierie de l'interface et absorbeur avec gradient de composition pour les cellules solaires en Kesterite à haut rendement

Interface engineering and absorber with composition gradient for high-efficiency Kesterite solar cells

• Auteur / Autrice : Yunhai Zhao
• Direction : Xiang Hua Zhang, Guangxing Liang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 09/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....) en cotutelle avec Université de Shenzen (Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Science de la Matière, des Molécules et Matériaux (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes - Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xiang Hua Zhang, Guangxing Liang, Michel Cathelinaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Estelle Gueunier, Nicolas Barreau, Jean-Jacques Simon
• DOI : 10.70675/ed9f0fe7z8d7fz4fd5za570z643ca5b7561d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Couches minces

Mots clés libres

CZTSSe

Cellules solaires

Mécanisme d'amélioration de l'efficacité

Recombinaison des porteurs

CZTSSe

Solar cells

Efficiency improvement mechanism

Carrier recombination

Résumé

Dans cette thèse, les propriétés de transport des porteurs de charge, le processus de croissance des grains, le mécanisme de perte de VOC et les possibilités d'amélioration du rendement des cellules solaires de CZTSSe ont été étudiés. L'importante perte de VOC et le faible facteur de remplissage des cellules solaires CZTSSe sont les principaux défis pour l'amélioration du rendement. Cela est principalement dû à la mauvaise qualité de l'interface arrière, à l'alignement non optimisé des bandes et à la présence des phases secondaires dans l'absorbeur. Trois approaches ont été utilisées dans ce travail pour améliorer le rendement de ce cellules PV. Premièrement, une couche intermédiaire de WO3 a été introduite dans l'interface arrière pour inhiber la réaction indésirable entre la couche d'tungsten et l'absorbeur. Deuxièmement, l'alignement des bandes et la présence de phases secondaires à l'interface avant ont été améliorés en même temps par un traitement de sulfuration à basse température. Enfin, la conception et la réalisation d'une couche absorbeure à double gradient de band-gap en CZTSSe ont facilité la séparation et l'extraction des porteurs de charge. Des cellules solaires en CZTSSe avec un rendement de conversion photovoltaïque de 13,7% ont été obtenues. Ces très bons résultats, obtenus grâce à une meilleure comprehnsion du mécanisme de pertes, pourraient être une excellente base pour des améliorations futures.

In this thesis, the transport properties of charge carriers, grain growth process, VOC loss mechanism and efficiency improvement possibilities of CZTSSe solar cells were investigated. The large VOC loss and low FF of CZTSSe solar cells are the main challenges for efficiency improvement. This is mainly due to the poor quality of the rear interface, the non-optimized alignment of the bandgaps and the secondary phases in the absorber. Three approaches were used in this work to improve the performance of this type of PV cells. First, an interlayer of WO3 was introduced into the back interface to inhibit the unwanted reaction between the WO3 layer and the absorber. Second, the alignment of the bands and the presence of secondary phases at the front interface have been improved at the same time by a low temperature sulfurization treatment. Finally, the design and production of a double band-gap gradient absorber layer in CZTSSe facilitated the separation and extraction of charge carriers. CZTSSe solar cells with a photovoltaic conversion efficiency of 13.7% were obtained. These very good results, obtained thanks to a better understanding of the loss mechanism, could be an excellent basis for future improvements.