Cellules solaires en couches minces à base de jonctions Cu(In,Ga)Se2/sulfure d’indium co-évaporé : influence des interfaces sur les performances photovoltaïques

Thin film solar cells based on Cu(In,Ga)Se2/coevaporated indium sulfide junctions : influence of the interfaces on the photovoltaic performances

• Auteur / Autrice : Christopher Laurencic
• Direction : John Kessler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, Composant pour l'électronique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Pere Roca i Cabarrocas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : John Kessler, Pere Roca i Cabarrocas, Negar Naghavi, Philippe Pareige, Daniel Bellet, Samuel Gall, Nicolas Barreau, Ludovic Arzel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Negar Naghavi, Philippe Pareige

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Photopiles

Mots clés libres

Couche tampon

Interface

Cu(In, Ga)Se2

In2S3

Résumé

Ce travail a trait à l’étude de cellules solaires de structure verre/Mo/Cu(In,Ga)Se2/In2S3/i-ZnO/ZnO:Al. Il y est en particulier exploré l’influence de la nature des hétéro-interfaces (CIGSe/In2S3 et In2S3/i-ZnO) sur les performances photovoltaïques des dispositifs. L’étude deseffets de la température du substrat lors de la co-évaporation de la couche tampon de sulfure d’indium etde l’épaisseur de cette dernière ont mis en évidence l’influence primordiale de la présence de composés sodés à l’interface In2S3/i-ZnO sur le comportement optoélectronique des photopiles. Un modèle de fonctionnement des cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2 avec couche tampon In2S3 co-évaporée a été proposé pour expliquer les résultats obtenus. Il suggère que le faible dopage de la couche tampon amène à une structure p-i-n, défavorable pour les performances optoélectroniques des dispositifs, dans le cas traité dans ce travail. Des simulations ont été réalisées et viennent renforcer cette hypothèse. Cette nouvelle interprétation du fonctionnement de la jonction électronique permet de proposer des voies d’amélioration, notamment l’augmentation du caractère n des couches tampons à base d’In2S3, par l’intermédiaire d’un dopage à l’aide d’étain par exemple.

This work deals with solar cells having a glass/Mo/Cu(In,Ga)Se2/In2S3/i-ZnO/ZnO:Al structure. In particular the influence of the hetero-interfaces (CIGSe/In2S3 and In2S3/i-ZnO) has been investigated. The impact of the substrate temperature during indium sulfide buffer layer co-evaporation and its thickness has shown the crucial influence the presence of sodium compounds at the In2S3/i-ZnO interface on the optoelectronic behaviour of the solar cells. An operating model of the solar cells based on Cu(In,Ga)Se2 with co-evaporated In2S3 buffer layer has been submitted to explain the obtained results. It suggests that, in the case of this work, the low doping of the buffer layer leads to a p-i-n structure, detrimental for the optoelectronic properties of the solar cell. Simulations have been performed and support this hypothesis. This new interpretation for the behaviour of the electronic junction suggests paths for improvement, specifically by increasing the n-type character of In2S3 based buffer layers, for example, by doping them with tin.