Elaboration par la méthode CBD et caractérisation des couches minces de CdS pour des applications photovoltaïques

Abstract

Au cours de ce travail, des couches minces de CdS ont été élaborées sur des substrats en verre et silicium par la technique CBD (dépôt par bain chimique) pour des applications photovoltaïques. Le choix de la CBD est justifié par sa simplicité de mise en oeuvre, sa souplesse et le non recours à un quiconque pompage. Les investigations lors de l’élaboration tournaient autour de l’influence de la température et la durée du dépôt sur les propriétés optiques, structurales et morphologiques. Dans ce contexte, nous avons élaboré deux séries de dépôts avec deux températures de dépôt (60 et 70°C pour une durée de 60 minutes) et deux durées de 60 et 90 minutes pour une température de 60°C. Les résultats obtenus à partir de l’analyse par DRX ont montré la formation du matériau CdS par l’existence de trois pics à 2θ = 27,00, 44,22 et 52.00° caractéristiques selon la fiche ASTM JCPDS No. 89-0440 de la phase cubique (zinc blende) de Sulfure de cadmium. De plus aucun pic caractéristique des différentes phases secondaires comme le ZnO ou le ZnOH2 n’a été observé. L’analyse par spectroscopie infra-rouge a transformé de Fourier (FTIR) confirme la formation du matériau de CdS par la présence des vibrations caractéristiques des liaisons Cd-S autour de 729 cm-1 dans tous les dépôts. On remarque que cette liaison est plus importante dans le film déposé à 70 °C. Ce résultat, peut être attribué à la grande quantité d’oxyde natif formé sous l’effet de la température. L’analyse optique a montré que la durée de dépôt n’a aucune influence sur l’énergie de gap pour les films déposés à même température. Un gap autour de 2.30 eV a été estimé pour les deux films déposés à 60°C pendant 60 et 90 minutes. De plus, un léger rétrécissement du gap de 2.30 à 2.25 eV est observé par une augmentation de température de dépôt de 60 à 70°C. Les observations microscopiques montrent des surfaces homogènes de structure granulaire le long de la surface scannée pour tous les dépôts. De plus, la durée de dépôt n'a pas eu une influence remarquable sur la taille des grains, alors que son augmentation menait à une structure de plus en plus dense. L’augmentation de la température de dépôt a engendré une structure plus poreuse. Les deux films déposés à 60 et 70°C pendant 60 minutes sont composés de grains de tailles semblables entre 50 et 60 nm en diamètre. A partir de cette étude, nous avons montré qu’il est possible avec le procédé CBD de préparer des films de CdS de qualités optiques, structurales et morphologique adéquates pour le domaine photovoltaïque.