Realisation et caracterisation de couches minces de seleniures d'indium amorphes et polycristallines. Premiere application au domaine photovoltaique

Realization and characterization of amorphous and polycristalline indium selenide thin films. First application to the photovoltaic domain

• Auteur / Autrice : Sylvain Marsillac
• Direction : Alain Conan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Nantes

Résumé

Le travail expose dans ce memoire a consiste en l'etude et la caracterisation de couches minces amorphes et polycristallines de seleniures d'indium en vue d'applications dans le domaine photovoltaique. En ce qui concerne les couches minces amorphes, nous montrons qu'il est effectivement possible de changer de type de conductivite en modifiant la composition des couches. Cependant, ce changement implique aussi l'apparition de nombreux domaines microcristallins tres desordonnes et donc tres peu controlables. Ainsi, avons-nous montre que le changement de type de conductivite intervient lorsque la densite de microcristallites est telle que le seuil de percolation est atteint. Cette caracterisation et l'interpretation que nous en donnons nous permettent de comprendre et d'expliquer la grande diversite des resultats et les difficultes de controle des proprietes dans ces materiaux amorphes. Cette situation nous a donc amene a abandonner l'idee de realiser une homojonction a base d'amorphes. Ensuite nous avons realise des couches minces polycristallines de in#2se#3 sur verre. Grace a une technique tres simple et peu couteuse, nous avons reussi a obtenir des couches minces tres bien cristallisees, avec l'axe c des cristallites perpendiculaire au plan du substrat. De plus, ces couches ne presentent qu'une seule phase, la phase ; ce qui est tres important pour avoir des couches homogenes. Resultat d'autant plus interessant qu'il est relativement difficile a obtenir dans le cas du compose in#2se#3 compte tenu des multiples phases et polytipysmes presents dans la famille des seleniures d'indium. Afin de realiser une structure complete pour une photopile, nous avons ensuite entrepris, realisation et la caracterisation de couches minces de cualse#2, dont les valeurs theoriques de bande interdite (2,7ev) et de conductivite correspondaient a celles necessaires pour realiser une couche fenetre collectrice de porteurs dans une photopile. Par la suite, nous avons realise puis caracterise des structures verre / sno#2 / -in#2se#3 / or et verre / sno#2 / cualse#2 / -in#2se#3 / or. Des contacts redresseurs ont ete obtenus avec des facteurs d'idealite -par rapport au modele thermoionique- de l'ordre de 1 a 1,2 avant la hauteur de barriere. Dans le premier cas, les valeurs de hauteur de barriere deduites des courbes (j-v) et (c-v) sont tres voisines ; elles sont de l'ordre de 0,85 ev. L'evolution de la valeur de la capacite en fonction de la frequence est attribuee a la presence d'etats pieges a l'interface. Sous eclairement, ces structures presentent des caracteristiques de photopiles avec des tensions de circuit ouvert de l'ordre de 0,45 v et des rendements tres faibles de l'ordre de 0,1%, du fait d'une tres faible densite de courant. Ceci s'explique par la mauvaise qualite cristalline des couches de -in#2se#3, par leur valeur relativement elevee (1,8 ev) de bande interdite, par le fait que leur conductivite soit moyenne et par les problemes d'interfaces entre le sno#2 et le -in#2se#3 (inadaptation de la maille cristalline et possible effet de pic au niveau des bandes). Les premieres tentatives realisees en introduisant une couche tampon de cualse#2 nous ont permis d'ameliorer la densite de courant ainsi que le rendement. Cependant, ceci se fait au detriment de la tension de circuit ouvert, ce qui peut s'expliquer par le type de conductivite de cualse#2 (type p)