Croissance et physique de structures photovoltaïques CuInSe2

Growth and Physics of CuInSe2 Photovoltaic Structures

• Auteur / Autrice : Yoann Robin
• Direction : Olivier Briot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 23/09/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Coulomb (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Gil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Briot, Bernard Gil, Kamal Djessas, Bruno Daudin, Matthieu Moret, Jean-Luc Gauffier, Nicolas Barreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kamal Djessas, Bruno Daudin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Conversion photovoltaïque

Photopiles

Mots clés libres

Cellule solaire

Photovoltaïque

CuInSe2

CdS

ZnO

Semiconducteur

Solar Cell

Photovoltaic

CuInSe2

CdS

ZnO

Semiconductor

Résumé

Ce travail porte sur l'élaboration de cellules solaires CuInSe2 (CIS) en couches minces. Différentes techniques de croissance ont été mises en œuvre pour concevoir les matériaux composant la structure photovoltaïque. Ainsi, l'absorbeur CuInSe2 a été déposé par coévaporation sous vide (PVD) sur un substrat de verre recouvert de molybdène. Un système de détection de la lumière diffusée (SLS) par l'échantillon a été développé pour permettre le suivi in situ des transitions de phases pauvres/riches en cuivre. Cela a permis la croissance de couches de CuInSe2 à larges grains ainsi que le contrôle de leurs propriétés électro-optiques. La couche tampon de CdS a été obtenue par bain chimique (CBD) et son épaiseur optimisée par un procédé original où le substrat est directement chauffé par conduction. Enfin, la couche fenêtre de ZnO a été élaborée par divers procédés de croissance tels que l'électrodéposition (ED) et le dépôt par couches atomiques (ALD). Les propriétés structurales, optiques et électriques des différentes couches minces sont étudiées et mises en relation avec les performances photovoltaïques des cellules élaborées.

The aim of this work is the design of thin film CuInSe2 solar cells. Different growth techniques have been used to elaborate the layers involved in this photovoltaic stack. Thus, the absorber CuInSe2 has been deposited by coevaporation under vacuum (PVD) onto a molybdenum coated glass substrate. A scattered light monitoring system (SLS) has been designed in order to follow in situ the copper poor/rich phases transitions. It has led to the growth of CuInSe2 layers made of large crystalline grains with both high optical and electrical properties. The CdS buffer layer has been elaborated by chemical bath deposition (CBD) and its thickness has been tuned by an original process involving a conduction heated holder. Finally, the ZnO window layer has been grown by various techniques such as electrodeposition (ED) and atomic layer deposition (ALD). Structural, optical and electrical properties of all these thin films have been studied and correlated with the photovoltaic parameters of the solar cells elaborated.