Etude des propriétés physiques des couches minces de structure chalcopyrite
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Date
2011
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Abstract
Le présent travail de ma thèse de doctorat porte sur la synthèse et la
caractérisation des matériaux chalcopyrites à base de cuivre, utilisés comme absorbeurs
dans les cellules photovoltaïques. Nous avons utilisé diverses techniques pour analyser
leurs caractéristiques structurales, physico-chimiques et optoélectriques.
La première partie de ce travail a été consacrée à la maîtrise de l’élaboration des
composés ternaires sous forme de couches minces et leurs caractérisations. Des couches
minces de CuInSe2 ont été préparées par évaporation séquentielle des trois éléments Cu,
In et Se, sur des substrats en verre, selon la configuration Cu/In/Se. Elles montrent à
l’état de dépôt une structure quasi amorphe. Pour aboutir à une cristallinité suffisante et
de bonne qualité, la couche doit subir un traitement de recuit à 450°C et un décapage au
KCN. L’étude par diffraction des rayons X après recuit a permis l'identification de la
phase chalcopyrite accompagnée d’une phase cubique Cu2-xSe. Les propriétés optiques
et électriques sont influencées par les traitements thermique et chimique. La mesure des
propriétés optiques fondamentales effectuée sur ces films après le recuit et le décapage
présente un coefficient d'absorption α de l'ordre de 104
cm
-1 et un gap optique direct
égal à 0.98 eV valeur très adapté au spectre solaire. La variation de la conductivité en
fonction de la température montre qu’elle est gouvernée par deux mécanismes de
conduction.
La seconde partie a été consacrée à l’étude des couches du système CuIn1-
xGaxTe2 (x= 0, 0,5 et 1), préparées par évaporation flash. Les diagrammes de diffraction
de rayons X montrent la dominance de la phase chalcopyrite avec des paramètres
cristallins variant linéairement avec la teneur en gallium. Les mesures de la transmission
ont montré que les échantillons analysés sont des semi-conducteurs à gap direct. Les
mesures de l'absorption ont permis d'évaluer les énergies de gap. Leurs valeurs varient
de 1,06 eV pour le CuInTe2 (x=0) à 1,21 eV pour le CuGaTe2 (x=1). D’autres paramètres
optiques des ternaires (CuInTe2 et CuGaTe2) ont été déterminés en utilisant la méthode
de Swanepoel.