Thèse soutenue

Etude et élaboration des nanoparticules Cu (In,Ga) (Se)₂ préparées par voie solvothermale et déposées en couches minces par rf-magnétron sputtering

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Auteur / Autrice : Achraf Ben Marai
Direction : Kamal DjessasZouhaier Ben Ayadi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur. Sciences des matériaux
Date : Soutenance le 17/09/2016
Etablissement(s) : Perpignan en cotutelle avec Université de Monastir (Tunisie)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan) - Laboratoire de Physique de Matériaux et de Nanomatériaux appliqué à l’Environnement (Gabès)
Jury : Président / Présidente : Ahmed Rebey
Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Rebey, Hassan Chehouani, Mustapha Najari, Abdesselam Bouloufa
Rapporteurs / Rapporteuses : Hassan Chehouani, Mustapha Najari

Résumé

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L’une des solutions proposées pour la diminution du coût par watt d'électricité produite par le photovoltaïque est de réduire la quantité des matériaux semiconducteurs entrants dans la fabrication de la cellule solaire. La 3ème génération des cellules solaires en couches minces nanostructurées vient pour répondre à cette exigence. Les matériaux CIGS sous leurs structures chalcopyrites, sont de nouveaux matériaux semiconducteurs fortement recommandés pour la fabrication des cellules solaires à base de couches minces. La synthèse par la méthode de pulvérisation cathodique et la caractérisation de ces derniers matériaux ont été l’objectif général de cette thèse. Toutes les couches ont été déposées grâce à une seule cible constituée par des grains nanométriques de CIGS, ces derniers ont été obtenus par la voie solvothermale. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié l’effet des différents paramètres de synthèse (température, durée de synthèse, le traitement thermique et l’effet du taux molaire de gallium et d’indium) sur les propriétés des nanoparticules CIGS, les mécanismes réactionnels mis en jeu ont été aussi étudié. Les conditions de synthèse optimales sont une température et une durée de synthèse égale à 220 °C et 24 heures. Après un traitement thermique, les nanoparticules de CIGS sont cristallisées suivant la structure chalcopyrite, avec l’absence des pics correspond aux phases secondaires, les diamètres des grains varie entre 15 et 30 nm. Dans la deuxième partie, Nous sommes intéressés à l’élaboration et la caractérisation des couches absorbantes ternaire et quaternaire de type CIS et CIGS (x = 0 et x = 0.3) obtenues par pulvérisation cathodique en variant la puissance de dépôt de 60 à 100 W. Toutes les couches élaborées présentent la phase chalcopyrite avec (112) comme axe d’orientation préférentiel de croissance. La taille moyenne des grains a le même ordre de grandeur que les poudres initiales. Les couches de CIGS sont généralement de type de conduction p avec des faibles valeurs de résistivités. Les caractérisations optiques des couches présentent une bonne absorption de l’ordre de 95 % dans la gamme de visible et le proche infra-rouge. La variation du coefficient d’absorption en fonction de l’énergie du photon, nous a permis de déterminer l’énergie du gap optique. Les valeurs obtenues pour les différentes couches sont cohérentes avec l’optimum pour la conversion photovoltaïque.