Synthèse de couches minces de molybdène et application au sein des cellules solaires à base de Cu (In,Ga)Se2 co-évaporé

Influence of the molybdenum back contact sputtering parameters on the properties of solar cells based on co-evaporated Cu(In,Ga)Se2

• Auteur / Autrice : Mathieu Tomassini
• Direction : Nicolas Barreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux, Composant pour l’électronique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Couches minces

Molybdène

Mots clés libres

Cu (In,Ga)Se2

Co-évaporation

Haut rendement

Résumé

Les cellules solaires en couches minces à base de Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) ont comme contact arrière une couche de molybdène (Mo) le plus souvent déposée sur un substrat de verre sodocalcique. Dans la présente étude, ces couches polycristallines de Mo ont été synthétisées par pulvérisation cathodique magnétron ; le paramètre de croissance principalement étudié ici est la pression partielle d’argon durant la croissance de la couche. Il est observé que l’augmentation du flux de gaz lors de la pulvérisation induit un accroissement de la largeur de l’oxyde inter-granulaire alors que les grains restent des cristaux de Mo ; cet élargissement a pour conséquence une diminution de la conductivité électrique latérale des couches. Au-delà de l’augmentation de la résistance carré pour une épaisseur donnée, cet élargissement induit une plus grande perméabilité des couches de Mo aux composés sodés diffusant du verre vers la couche de CIGSe co-évaporée, influençant à la fois les profiles de composition en éléments du groupe III (In et Ga) mais induisant aussi des comportements optoélectroniques différents. La compréhension de ces phénomènes a permis de définir un protocole de croissance du Mo permettant d’atteindre des rendements de conversion photovoltaïques proches de 18 %.

The standard structure of thin-film solar cells based on Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) has polycrystalline molybdenum (Mo) layer grown on soda-lime glass as back contact. In the present study, the Mo films have been deposited by DC-magnetron sputtering; the growth parameter that has been investigated is the argon pressure during the Mo deposition. It is observed that the increase of the sputtering gas pressure yields wider inter-granular oxide, while the grains keep well crystallized Mo structure; such widening leads to hindered lateral electrical conductivity of the layers. Moreover, the inter-granular oxide area widening enhances the ability of the back contact to diffuse sodium-compounds from the glass substrate toward the co-evaporated CIGSe layer. As a consequence of this increased sodium diffusion, the distribution of group III elements (In and Ga) throughout the CIGSe layer changes from one Mo sputtering argon pressure to another; furthermore, these changes in the Mo characteristics impact the optoelectronic properties of the cells. Through the understanding of these phenomena, it is finally defined a Mo deposition process resulting in solar cells demonstrating efficiencies close to 18 %.