Electrical characterization of solar cells based on thinned Cu(InGa)Se2 absorber

• Auteur / Autrice : Boris Morel
• Direction : Denis Mencaraglia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Mécaniques, Acoustique, Electronique et Robotique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Photopiles

Conversion photovoltaïque

Résumé

L’objectif du projet dans lequel se sont inscrits ces travaux de thèse était d’explorer les possibilités de réduction de l’épaisseur de la couche absorbante des cellules de type CIGS (Cu(In,Ga)Se2). Une technique d’amincissement chimique a été développée auparavant et utilisée dans ce projet pour obtenir des cellules à épaisseurs de CIGS variables. Une fois les photopiles complétées de façon standard, les échantillons ont été soumis à divers méthodes de caractérisations électriques afin de déduire l’effet de cet amincissement sur les propriétés de transport électronique du dispositif complet. L’exploitation des mesures de courant-tension en fonction de la température( IVT) ont mis en évidence une dépendance de l’énergie d’activation du courant de saturation en fonction du temps de décapage, en particulier lors des premières minutes du traitement chimique, lorsque la rugosité de surface du CIGS connait une forte diminution. Ce résultat peut indiquer une réduction de la contribution de la base dans la zone de charge d’espace (ZCE) induite par le décapage, ce qui expliquerait la chute du courant de court-circuit même lorsque la réflectivité de l’interface avant (augmentée par le décapage) est prise en compte. L’évolution de la valeur de la ZCE déduite de mesures de rendement quantique observe la même tendance. L’extraction du courant limité par charge d’espace à partir des caractéristiques IVT a montré la cohabitation dans la bande interdite d’une distribution Gaussienne d’états de défauts peu profonds avec une distribution exponentielle d’états dont la largeur tend à diminuer avec le temps de décapage.

These PhD studies were part of a research project aiming to explore the feasibility of reducing the thickness of the absorber layer of CIGS (Cu(In,Ga)Se2) based solar cells. A chemical technique of thinning had been developed beforehand and used in this project to obtain cells with various CIGS thicknesses. Once the devices completed in a standard fashion, samples underwent several electrical characterizations in order to find out the effect of the thinning on the electronic transport properties within the solar cell. The processing of the temperature-dependent current-tension (IVT) experimental data highlighted a dependence to the etching duration of the saturation current activation energy, in particular for the first minutes of the chemical treatment, when the CIGS surface roughness is experiencing a strong reduction. This result can indicate a narrowing, induced by the etching, of the contribution of the base of the p-n junction to the space charge region (SCR). This would explain the strong drop in short-circuit current, even with the reflectivity (increased by a smoother surface) taken in account, during the first stages of the treatment during which the thickness is preserved. The evolution of the SCR in the CIGS deduced by quantum efficiency measurements follows the same trend. The extraction of the space charge-limited current from the IVT characteristics showed the presence in the band gap of both a Gaussian distribution of shallow defect states and an exponential distribution of states which extension tends to reduce as the etching is carried on.