Etude et élaboration du composé ternaire CuInSe2 en couches minces pour des applications photovoltaïques
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Date
2018
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Abstract
Le présent travail s’inscrit dans le cadre de l’utilisation de la méthode de transport de vapeur à
courte distance CSVT (Close Spaced Vapor Tansport) pour déposer des couches minces de
di-séléniure de cuivre et d’indium (CuInSe2), afin de les utiliser comme couche absorbante
dans la fabrication des photopiles solaires. Cette technique se présente comme simple et peu
onéreuse. Cependant, elle nécessite l’utilisation d’un gaz porteur (dans notre cas l’iode), qui
peut avoir des effets néfastes sur les couches déposées, s’il n’est pas bien maitrisé. Pour cette
raison, nous avons étudié et optimiser les conditions d’utilisation de ce gaz porteur, pour
éliminer ou à la limite réduire ses effets nuisibles à la bonne cristallinité des couches de
CuInSe2 déposées. Le matériau source utilisé pour le dépôt est une poudre obtenue après
broyage du lingot de CuInSe2 élaboré. On a donc commencé notre travail expérimental par
l’élaboration des lingots de CuInSe2 par une méthode inspirée de la technique de Bridgman
verticale, avec des précurseurs d’une grande pureté. Les paramètres d’élaboration de ce
composé ont été optimisés et les lingots obtenus ont été caractérisés par diffraction de rayons
X, effet Hall et spectrophotomètre. Ces analyses ont montrés que les lingots obtenus
présentent de bonnes propriétés optoélectroniques. Ces lingots de CuInSe2 élaborés ont été
broyés pour être déposé comme couche mince par la technique CSVT. L’analyse
morphologique de la couche (CIS 3) déposée dans un réacteur ouvert avec l'iode chauffé est
légèrement contaminée par l'iode avec un bon empilement des cristallites. En outre, l'analyse
par EDS a montré la quasi-stœchiométrie de cette couche, avec un rapport Cu/In=1.03.
D’après, la caractérisation par MEB de l’échantillon CIS 3, on a constaté que la couche
déposée, présente un aspect bien garni en cristallites avec une taille moyenne de grains
d'environ 0.3 μm, et une épaisseur moyenne de la couche, estimée à 4 µm. Les études
structurales de CIS 3 ont montré que sa structure est chalcopyrite. La largeur du gap optique a
été trouvé proche de 1 eV à température ambiante et son coefficient d'absorption supérieur à
105 cm-1
. D’après les mesures d’effet Hall, cette couche présente une conductivité de type p
avec une faible résistivité, de l’ordre de 0.12 Ωcm. Les caractéristiques structurales, optiques
et électriques de CIS 3 montrent que cet échantillon présente de bonnes propriétés
optoélectroniques. On peut donc en déduire que l’utilisation de la technique CSVT, avec
réacteur ouvert et iode chauffé permet le dépôt de couches minces de CuInSe2, présentant de
bonnes propriétés optoélectroniques, et qui peuvent donc être utilisés comme couche
absorbante dans la fabrication des cellules solaires