Utilisation des céramiques semi-conductrices (ZnO, SnO2) dans l’élaboration des cellules solaires à base de CZTS (Cu2ZnSnS4)

Abstract

Les cellules photovoltaiques a base de CZTS sont constituees d fun ensemble d fempilement de multicouches differentes. On se propose dans cette these, d fetudier les diverses couches minces de la cellule solaire a base de CZTS. Les effets de la temperature de sechage, du recuit, du nombre de couches, de la concentration et de la nature des dopants (F, Al et Ag) sur les proprietes physiques des couches minces d foxyde d fetain (SnO2) et d foxyde de zinc (ZnO) elaborees par la technique sol gel ont ete etudies. L finfluence du temps de depot, de la temperature de recuit et du pH sur les proprietes cristallines, morphologiques et optiques des films CdS et CZTS elabores par la methode de bain chimique ont ete consideres. L fanalyse par diffraction des rayons X indique que : les films du SnO2 presentent une structure de type cassiterite avec une orientation preferentielle des cristallites le long de la direction (101), excepte pour le film seche a 200 ‹C qui possede une orientation preferentielle le long de la direction (110). Les films minces CdS presentent deux structures : cubique et hexagonale de sulfure de cadmium avec l fapparition de la phase secondaire CdO. Les films CZTS exhibent une structure de type kesterite avec l fapparition des phases secondaires SnO2 et ZnO. L fanalyse morphologique par microscope a force atomique (AFM) des couches minces SnO2 montre des surfaces homogenes et lisses excepte le film seche a 200 ‹C. Les images AFM des films CdS montrent des surfaces homogenes et compactes avec la presence de gros grains. L fobservation par microscope electronique a balayage (MEB) des films CZTS indique que les films CZTS sont constitues de nano-cristallites. L finfluence de la nature des dopants sur la morphologie des couches minces ZnO dopees (Al, Ag et F) est bien indiquee sur les images MEB. Une transparence elevee est observee pour toutes les couches minces SnO2, ZnO et CdS dans le domaine visible avec la presence d fun bord d fabsorption entre 480 nm et 500 nm pour les films CdS. Une faible transmission et une bonne absorption sont remarquees pour les films CZTS. La valeur de la resistivite minimale est de 8.75 ~10-2¶ cm, determinee par la methode des quatre pointes pour le film SnO2 dope 20 % F avec un nombre de couches egal a six, seche repetitivement a 400 ‹ C pendant 10 min et sans recuit. Le dopage des couches minces ZnO par l faluminium donne une faible resistivite par rapport au dopage de ces couches par l fargent et le fluor