Thèse soutenue

Élaboration et étude de couches minces à base d'oxydes d'éléments abondants pour le photovoltaïque par spray pyrolyse ultrasonique
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Auteur / Autrice : Sourav Bose
Direction : Sidi HamadyNicolas André Fressengeas
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science des matériaux
Date : Soutenance le 16/09/2022
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMOPS - Laboratoire Matériaux Optiques, Photoniques et Systèmes (Metz)
Jury : Président / Présidente : Jean-François Pierson
Examinateurs / Examinatrices : Sidi Hamady, Nicolas André Fressengeas, Thomas Heiser, Marie-Estelle Gueunier-Farret, Alessandra Alberti, Céline Ternon, Maria del Carmen Marco de lucas
Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Heiser, Marie-Estelle Gueunier-Farret

Résumé

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Dans ce travail de recherche, sont présentés les résultats de l'élaboration de couches minces d'oxydes à base d'éléments abondants par la technique de spray pyrolyse ultrasonique. Trois matériaux constituant les briques de base de la cellule solaire « tout oxyde » ont été développés : l'oxyde de zinc (ZnO) comme couche fenêtre ; l'oxyde de zinc et de magnésium (ZnMgO) comme couche tampon et l'oxyde de cuivre (Cu2O) comme couche absorbante. Un plan d'expériences précis a été mis en place pour chaque type d'élaboration afin de comprendre l'effet des paramètres d'élaboration sur les propriétés des films. Des caractérisations optiques, structurelles, morphologiques et électriques ont été utilisées pour étudier les propriétés du film et les résultats discutés et analysés en détail. Des films minces de ZnO avec une transparence élevée dans une large gamme d'épaisseurs ont été obtenus. Le ZnMgO a été élaboré avec une phase monocristalline et une transparence élevée. La limite de miscibilité du magnésium (près de 30 % dans notre cas) est supérieure à celle habituellement obtenue avec les méthodes d'élaboration sans vide. L'élaboration de l'absorbeur Cu2O a été optimisée avec un contrôle efficace de la température d'élaboration et de la concentration d'un nouvel agent réducteur (D-sorbitol). Pour élargir les perspectives de ce travail, deux autres matériaux, ZnAlO et ZnAlMgO, ont été élaborés. Nous avons ainsi mis en évidence le fait qu'avec de faibles concentrations d'aluminium (jusqu'à 2 %) et de magnésium (jusqu'à 7 %), les propriétés optiques, électriques et structurales des films de ZnAlO pouvaient être modulées pour une utilisation en tant que couche fenêtre ou TCO dans les cellules solaires « tout-oxyde ». De plus, les simulations réalisées à l'aide des logiciels Silvaco Atlas® et Solis démontrent également le potentiel de ces films pour les cellules solaires « tout-oxyde ».