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Développement de matériaux absorbants de type kesterite (Cu2ZnSnS4) pour application dans les cellules solaires / TAMIN Charif

Public ISBD Titre : Développement de matériaux absorbants de type kesterite (Cu2ZnSnS4) pour application dans les cellules solaires Type de document : document électronique Auteurs : TAMIN Charif, Auteur Année de publication : 2020-2021 Accompagnement : CD Langues : Français (fre) Catégories : Physique:Capteurs et Technologie des Matériaux Mots-clés : Kesterite, Absorbeur, Hétérojonction, Substitution, Cellule solaire, Superstrat Résumé : Les cellules solaires à base de kesterite souffrent toujours rendement insuffisant. Leur efficacité est en effet limitée par plusieurs problèmes liés à l'absorbeur et aux interfaces des dispositifs. Les défauts de l'absorbeur, l'alignement non idéal de la bande à l'hétérointerface absorbeur/tampon, qui se traduit par un décalage de la bande de conduction (CBO) négative en forme de falaise, et les interfaces absorbeur/ contact arrière non idéales sont les principaux facteurs limitant le rendement. Cette thèse aborde les problèmes liés à l'absorbeur notamment les phases secondaires, l'alignement des bandes à l'hétérojonction absorbeur-tampon et l'interface arrière. Dans la première partie, les propriétés de la couche absorbante ont été étudiées. Des couches minces de Cu2ZnSnS4 (CZTS) ont été obtenues par voie chimique.Cette étude a révélé la formation d'une phase pure de kesterite avec une stoechiométrie et un degré d'oxydation corrects ainsi que de bons propriétés optiques. Ensuite, nous avons estimé l'alignement de la bande sur l'hétéro-interface CZTS-CdS expérimentalement par des mesures directes de spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). La spectroscopie XPS a été utilisée pour déterminer le décalage de la bande de valence (VBO) directement en déterminant les positions de la bande de valence à l'hétérointerface. La valeur du décalage de la bande de conduction (CBO) a été estimée sur la base des mesures de la bande interdite par la spectroscopie UV/Visible et des mesures du VBO. Les résultats indiquent l’hétérojonction CZTS-CdS est de type II avec un CBO négative de type “cliff”. Ensuite, nous avons développé une nouvelle stratégie pour résoudre le problème du CBO défavorable au niveau de l'hétérojonction CZTS-CdS par substitution partielle du zinc. Grâce à cette stratégie, nous avons pu mettre en évidence un CBO positif de type "spike" par substitution partielle de Zn avec Cd et un CBO à bande presque plate par substitution partielle de Zn avec Mn. Enfin, une architecture cellules "superstrat" qui consiste à inverser le procédé technologique a été développée afin de remédier le problème de l'interface arrière et de favoriser la diffusion du Cd de la couche tampon vers l'absorbeur en vue de former un alignement de bande idéal. D'après nos résultats, les cellules solaires fabriquées avec cette architecture en utilisant le FTO et l'ITO comme électrodes montrent des performances intéressantes et prometteuses. Un rendement de 2 ,44 % a été obtenu pour le dispositif à base d'ITO, ce qui représente le meilleur rendement actuel pour cette architecture. Directeur de thèse : ADNANE Mohamed Développement de matériaux absorbants de type kesterite (Cu2ZnSnS4) pour application dans les cellules solaires [document électronique] / TAMIN Charif, Auteur . - 2020-2021 . -  + CD. Langues : Français (fre) Catégories : Physique:Capteurs et Technologie des Matériaux Mots-clés : Kesterite, Absorbeur, Hétérojonction, Substitution, Cellule solaire, Superstrat Résumé : Les cellules solaires à base de kesterite souffrent toujours rendement insuffisant. Leur efficacité est en effet limitée par plusieurs problèmes liés à l'absorbeur et aux interfaces des dispositifs. Les défauts de l'absorbeur, l'alignement non idéal de la bande à l'hétérointerface absorbeur/tampon, qui se traduit par un décalage de la bande de conduction (CBO) négative en forme de falaise, et les interfaces absorbeur/ contact arrière non idéales sont les principaux facteurs limitant le rendement. Cette thèse aborde les problèmes liés à l'absorbeur notamment les phases secondaires, l'alignement des bandes à l'hétérojonction absorbeur-tampon et l'interface arrière. Dans la première partie, les propriétés de la couche absorbante ont été étudiées. Des couches minces de Cu2ZnSnS4 (CZTS) ont été obtenues par voie chimique.Cette étude a révélé la formation d'une phase pure de kesterite avec une stoechiométrie et un degré d'oxydation corrects ainsi que de bons propriétés optiques. Ensuite, nous avons estimé l'alignement de la bande sur l'hétéro-interface CZTS-CdS expérimentalement par des mesures directes de spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). La spectroscopie XPS a été utilisée pour déterminer le décalage de la bande de valence (VBO) directement en déterminant les positions de la bande de valence à l'hétérointerface. La valeur du décalage de la bande de conduction (CBO) a été estimée sur la base des mesures de la bande interdite par la spectroscopie UV/Visible et des mesures du VBO. Les résultats indiquent l’hétérojonction CZTS-CdS est de type II avec un CBO négative de type “cliff”. Ensuite, nous avons développé une nouvelle stratégie pour résoudre le problème du CBO défavorable au niveau de l'hétérojonction CZTS-CdS par substitution partielle du zinc. Grâce à cette stratégie, nous avons pu mettre en évidence un CBO positif de type "spike" par substitution partielle de Zn avec Cd et un CBO à bande presque plate par substitution partielle de Zn avec Mn. Enfin, une architecture cellules "superstrat" qui consiste à inverser le procédé technologique a été développée afin de remédier le problème de l'interface arrière et de favoriser la diffusion du Cd de la couche tampon vers l'absorbeur en vue de former un alignement de bande idéal. D'après nos résultats, les cellules solaires fabriquées avec cette architecture en utilisant le FTO et l'ITO comme électrodes montrent des performances intéressantes et prometteuses. Un rendement de 2 ,44 % a été obtenu pour le dispositif à base d'ITO, ce qui représente le meilleur rendement actuel pour cette architecture. Directeur de thèse : ADNANE Mohamed

Exemplaires

Code-barres	Cote	Support	Localisation	Section	Disponibilité
1847	02-05-935	Version numérique et papier	Bibliothèque USTOMB	Thèse de Doctorat	Exclu du prêt