Préparation et caractérisation de couches minces de sulfure de cadmium pour des applications photovoltaïques
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Date
2023
Authors
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Publisher
Université d'Oum El Bouaghi
Abstract
Ce travail de thèse a concerné l'élaboration et la caractérisation des films de chalcogénures à base de cadmium et de cuivre par une technique simple et bon marché en l'occurrence la méthode de dépôt par bain chimique CBD (Chemical Bath Deposition).Tout d'abord nous avons fait une étude bibliographique sur les couches minces, les sulfures métalliques et en particulier le sulfure de cadmium et le sulfure de cuivre qui jouent un rôle principale dans la fabrication des cellules solaires.Nous avons préparé cinq séries deséchantillons, dans la première et la deuxième série, nous avons pris les températures de recuit 300, 350 et 400 °C, en utilisant les temps de dépôt 30 min (1er série) et 60 min (2eme série). Pour la troisième et la quatrième série nous avons varié le rapportR= ?[Zn?^(+2)]/?[Cd?^(+2)], avec le temps de dépôt et 30 min (3eme série) et 60 min (4eme série). Nous avons choisi le zinc comme dopant parce que c'est un matériau disponible et non toxique, de rayon atomique du Zn (0,74 A°) est plus étroit que le rayon atomique du Cd (0,97 A°)signifiant une bonne condition pour le processus de dopage vu que les ions Zn +2 peuvent substituer dans la structure cristalline de CdS et facilité le processus de dopage. Pourla cinquième série, nous avons préparé une série d'échantillons de CuxS, d'où le temps de dépôt est varié entre 2h et 3h, avec une température constante 73°C.
La caractérisation structurale des films a révélé que les films de CdS ont une structure cubique. Cependant, Les films de CuxS sont, en général, sous forme de petits grains noyés dans une matrice amorphe. La caractérisation optique montre que les films de CdS sont transparents et ceux de CuxS sont absorbants, dans le visible, ce qui les rend de bons candidats pour la fabrication des cellules solaire (CdS/CuxS). Donc à partir des couches élaborées selon les protocoles expérimentaux, la caractéristique (I-V) de la structure CuxS/CdS qu'on a étudiéeprécédemment, montre presque un comportement redresseur permettant de l'utiliser dans la conversion photovoltaïque.
This present work concerned the development and characterization of chalcogenide films based on cadmium and copper by a simple and inexpensive technique. In the first part of this work we made a bibliographical study on the thin layers, the metal sulphides, in particular thecadmium sulphideand the copper sulphidewhich play a principal part in the manufacture of the solar cells. We prepared five series of samples, in the first and second series, we varied the annealing temperature from 300, 350 and 400 °C, using the deposition times 30 min (1st series) and 60 min (2nd series). For the third and fourth series, we varied the ratio R= ?[Zn?^(+2)]/?[Cd?^(+2)], with the deposition time and 30 min (3rd series) and 60 min (4th series).
We chose zinc as doping because it is an available and non-toxic material, atomic radius of Zn (0,74 A°) is narrower than atomic radius of Cd (0,97 A°) meaning and good condition for the doping process since Zn+2 ions can substitute into the crystal structure of CdS and facilitate the doping process. Then,the fifth series of CuxS samples, we made a study on the physical properties of the layers prepared with a time of deposition varies.
From structural studies of CdS films, we inferred that CdS films have a cubic structre.However, CuxS thin films are composed of small crystallites embedded in an amorphous matrix.The optical studies reveal that CdS films have a hight transparency in the visible range incontrast forCuxS film has a hight absorption in the visible range. This makes them good candidates for the manufacture of solar cells (CdS/CuxS). So from the layers developed according to the experimental protocols, the I-V characteristic of the (CdS/ CuS) structure that we studied previously shows a rectifying behavior allowing it to be used in photovoltaic conversion.
Description
Keywords
Cellule solaire, Bain chimique, Couche mince, Sulfure de cuivre