Electrodépôt et sélénisation d'alliages Cu-In-Ga en vue de la synthèse de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 pour cellules solaires - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2011

Electrodeposition and selenisation of Cu-In-Ga alloys in order to form Cu(In,Ga)Se2 thin films for solar cells

Electrodépôt et sélénisation d'alliages Cu-In-Ga en vue de la synthèse de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 pour cellules solaires

Abstract

Thin film solar cells based on co-evaporated Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) layers reach conversion efficiencies up to 20%. The development of synthesis methods such as electrodeposition should enable to lower the production costs. This work presents a study of Cu-In-Ga alloy electrodeposition in acid aqueous media, on a glass substrate covered with molybdenum. Thermal selenisation between 400 and 600°C leads to CIGS formation. Following a literature study of CIGS synthesis methods (chapter 1), the experimental techniques are described in chapter 2. Chapter 3 deals with the study of electrodeposition conditions for Cu-In-Ga alloys, thanks to solution chemistry analysis and dedicated studies in elementary, binary and ternary electrolytes, using voltammetry. The electrochemical behaviour is correlated with the presence of specific phases, among them Cu2In, CuIn, In and CuGa2 phases, thanks to chemical and structural analysis of the deposits. Composition controlling parameters and oxygen content are highlighted. The structures of the Cu-In-Ga alloys are analysed with X-Ray diffraction. Chapter 4 describes the thermal treatments developed in order to achieve compact absorbers with controlled composition. Raman spectroscopy is used to differentiate the phases, in particular Ga segregation towards the molybdenum layer. Mo/CIGS/CdS/ZnO solar cells are made and photovoltaic conversion efficiencies of 9.8 % are achieved. The best absorber contains copper-poor secondary phases.
Les cellules solaires à base de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 (CIGS), préparées par co-évaporation, atteignent des rendements de conversion jusqu'à 20%. Le développement de méthodes de synthèse telles que l'électrodépôt devrait permettre d'abaisser les coûts de production. Ce travail présente une étude de l'électrodépôt d'alliages Cu-In-Ga en milieu acide aqueux sur substrat de verre recouvert de molybdène. La sélénisation thermique entre 400°C et 600°C permet de former le CIGS. Après une étude bibliographique sur les méthodes de synthèse de CIGS (chapitre 1), les techniques expérimentales utilisées sont décrites dans le chapitre 2. Le chapitre 3 est consacré à l'étude des conditions d'électrodépôt des alliages Cu-In-Ga, à partir d'une analyse de chimie des solutions, puis d'études dédiées dans les électrolytes élémentaires, binaires et ternaires par voltampérométrie. L'analyse chimique et structurale des dépôts permet de corréler le comportement électrochimique avec la présence de phases particulières, notamment Cu2In, CuIn, In ou CuGa2. Les paramètres contrôlant la composition, la teneur en oxygène, ainsi que la structure des alliages Cu-In-Ga sont déterminés. Le chapitre 4 décrit les traitements thermiques mis au point permettant d'obtenir des absorbeurs compacts de composition souhaitée. La spectroscopie Raman est utilisée pour distinguer les phases : la ségrégation du Ga vers la couche de molybdène est ainsi mise en évidence. Des cellules solaires du type Mo/CIGS/CdS/ZnO sont réalisées, et des rendements de conversion photovoltaïque de 9,8 % sont obtenus, avec présence de phases secondaires appauvries en cuivre dans le matériau.
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Dates and versions

pastel-00649779 , version 1 (08-12-2011)

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  • HAL Id : pastel-00649779 , version 1

Cite

Lydie Ribeaucourt. Electrodépôt et sélénisation d'alliages Cu-In-Ga en vue de la synthèse de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 pour cellules solaires. Matériaux. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00649779⟩
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