Contribution À L'étude Des Cellules Photovoltaïques En Couches Minces À Base De Matériaux Czts. Doctorat Thesis,(2022) Université De Batna 2.

Résumé: La kesterite Cu2ZnSnS4 ou CZTS est un semi-conducteur de type p composé d'éléments abondants, non toxiques, peu onéreux, et un gap direct qui en font un excellent candidat par rapport aux autres cellules solaires. Par contre, le décalage de la bande de conduction (CBO)au niveau de l’interface absorbeur/buffer, les phases secondaires et les défauts cristallinsprovoquent une dégradation du rendement de conversion en puissance de la cellulephotovoltaïque. Notre contribution est l’étude théorique des cellules photovoltaïques à base deCZTS par le logiciel SCAPS-1D qui comprend la simulation, la validation, et l’optimisationdes paramètres de structures proposées. Après optimisation de la structureMoS2/CZTS/CdS/ZnO:Al, une augmentation a été observée pour J SC : 3,98 mA/cm 2 , V OC : 0,37 V, FF : 7,79% et  : 15,23%. De plus, l'effet de CBO à l'interface de la jonction (CZTS/Cd(1-x)ZnxS) dans la cellule CZTS/Cd(1-x)ZnxS/ZnO:Al a été traité. Les résultats obtenus montrent une amélioration des paramètres (V OC =0,961V, J SC =20,2 mA/cm 2 , FF=67,3 %, =13,1 %) pour une couche buffer Cd0.6Zn0.4S optimale avec un CBO = - 0,2 eV. Enfin, l’effet de la phase secondaire est pris en compte dans la structure (MoS2/CZTS/Cd(1- x)ZnxS/CdS/i-ZnO) et les résultats obtenus montrent une nette amélioration (V OC = 1,042 V, J SC = 24,61 mA/cm 2 , FF = 81,84 %,  = 21 %). Quant à la partie expérimentale, après optimisation des paramètres de dépôts des couchesCZTS par sol-gel spin coating ont été élaborées sur des substrats SLG à partir de précurseurs(CuCl2)2H2O, ZnCl2, (SnCl2)2H2O et SC(NH2)2 dissous dans un solvant. Des caractérisations ont été réalisées après dépôts, séchages et recuits thermiques de ces films. Les spectres DRX ont montré la formation de plusieurs pics avec un pic correspondant aux directions (112) illustrant la présence de kesterite. L’énergie de gap a été déduite : 1.87 eV àpartir de la transmittance obtenu par l’UV-Visible-NIR. Les pourcentages des différents constituants du CZTS par MEB ont été relevés. Les épaisseurs des films obtenus par profilomètre sont comprises entre 0,6 m et 2 m. L’étude théorique et les résultats de lacaractérisation peuvent contribuer à la réalisation d’une couche active CZTS d’une cellule photovoltaïque.

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