Optimisation de la face avant de cellules solaires à base de CIGS sur substrats légers et flexibles : développement de matériaux alternatifs par voie sous vide (ALD) et voie humide (CBD).

par Margot Kozolinsky

Projet de thèse en Energétique, génie des procédés

Sous la direction de Frédéric Rousseau, Thibaud Hildebrandt et de Frédérique Donsanti.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris , en partenariat avec Institut de Recherche de Chimie Paris (laboratoire) , Procédés, Plasmas, Microsystèmes (2PM) (equipe de recherche) et de École nationale supérieure de chimie (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-05-2018 .


  • Résumé

    Cette thèse a pour but d’optimiser la face avant de cellules solaires à base de CIGS sur substrats légers et flexibles. Pour ce faire, des matériaux alternatifs déposés par voie sous vide (ALD) et voie humide (CBD) seront développés. Dans un premier temps le dépôt de couches semi-conductrices de type oxyde et sulfure (Zn(O,S) ; (Zn,Mg)O…) par CBD et par ALD sur substrat souple plastique sera étudié. Ensuite, la couche fenêtre Zn(Mg,O)/ZnO :Al sera optimisée (optimisation épaisseur, conductivité…). La couche anti-reflet et les grilles de contact Ni/Al seront adaptées. Enfin un encapsulant sera déposé sur le dispositif pour estimer sa durée de vie. Les performances d’une cellule CIGS sont affectées par l’empilement des différentes couches ainsi que l’interface entre ces différentes couches. Les problématiques traitées seront le choix des épaisseurs de couches à déposer sur l’absorbeur, l’état de surface des couches antérieures, la transparence et les propriétés électriques de ces couches afin de minimiser les recombinaisons possibles et d’obtenir des dispositifs à haut rendement. Le contrôle et l’optimisation des performances des cellules photovoltaïques passent nécessairement d’une part par l’identification des facteurs limitants et d’autre part par une profonde compréhension des mécanismes qui gouvernent le transport électronique. Dans le but de corréler les conditions de dépôts des différentes couches aux performances des cellules, une caractérisation physico-chimique des matériaux (XPS, GD-OES, DRX, Raman,…) et des cellules photopiles avec les outils de base, à savoir J(V) et rendement quantique (QE) ainsi que des analyses plus poussées (J(V,T) et Q(E,V)) seront mise en œuvre, sans oublier les modélisations physiques des dispositifs. Ces analyses permettront de déterminer l’origine des performances ou défaillances des cellules obtenues, les mécanismes de perte dominants et les possibilités d’amélioration.

  • Titre traduit

    Front window optimization on CIGS based solar cells on light and flexible substrates : development of alternative materials coated by ALD and CBD.


  • Résumé

    The aim of this these is to optimize the front window of CIGS based solar cells on light and flexible substrates. Alternative materials coated using the ALD and CBD methods will be developed. First, the deposition of semiconductor layers (Zn(O,S), (Zn,Mg)O,…) using the ALD and CBD methods will be studied. Then, the window layer Zn(Mg,O)/ZnO:Al will be optimized (thickness optimization, conductivity,…). The anti reflexion layer and the contact grid Ni/Al will be adapted. An encapsulation will be made on the solar cell in order to evaluate its lifetime. CIGS solar cells performances are dictated by the staking of different layers and their interactions. During this thesis the layers thickness and composition, the surface composition, the layer transparency and electrical properties will be evaluated in order to minimize the recombination and to get the maximum yield. Control and optimization of PV cell performances cannot be made without a precise identification of limiting factors and a complete knowledge of electrons transportation. In order to link deposition conditions and cell performance, a complete physicochemical characterization (XPS, GD-OES, DRX, Raman,…) is made and the electric properties of the device (J(V), QE,...) measured.