Synthèse et caractérisation de matériaux à base de chalcogènes (Se,S) destinés à la conversion photovoltaïque
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Date
2018
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Abstract
Le présent travail est basé sur la synthèse et la caractérisation des matériaux
semiconducteurs à base des éléments chalcogénures (S,Se). Les composés que nous avons
choisis sont : CuIn3Se5, SnSb2S4, dans le but de les utiliser comme des couches absorbantes
dans les cellules solaires. Les poudres nanostructurées ont été préparées par mécanosynthèse
dans un broyeur planétaire. Les poudres broyées sont considérées comme source afin
d’obtenir des couches minces CuIn3Se5 et SnSb2S4 par évaporation thermique sous vide sur
des substrats en verre non chauffés. Les matériaux investigués sont caractérisés selon leurs
propriétés structurales et optiques en utilisant la diffraction des rayons- X (Les spectres de
DRX ont été fîtes par le programme Maud, qui est basé sur la méthode de Rietveld combinée
à l’analyse de Fourier), Spectroscopie Raman, la spectrométrie photoélectronique X (XPS), la
microscopie à force atomique (AFM) et des mesures optiques. L’analyse des rayons X a
révélée que la couche mince CuIn3Se5 déposée sur un substrat non chauffé possède une
nature amorphe. Le processus de recuit est important pour améliorer la cristallinité des
couches synthétisées. On a trouvé que les valeurs de la largueur de la bande interdite des
couches élaborées CuIn3Se5 et SnSb2S4 sont voisines de la valeur optimal avec des
coefficients d’absorption de valeur moyenne >104
cm-1
dans la limite du visible. D’autres
paramètres optiques ont été estimés à savoir : le coefficient d’extinction (k), l’indice de
réfraction (n), la conductivité optique (σ) et les parties réelles et imaginaires de la constante
diélectrique. La dispersion de l’indice de réfraction est décrite par deux modèles : le modèle
de Wemple-Didomenico et celui de Spitzer-Fan. Les paramètres optiques non linéaires des
couches minces CuIn3Se5 ont été déterminés pour la première fois.