Etude de nouveaux matériaux et structures pour application photovoltaïque

Abstract

Dans cette thèse, nous avons axé notre recherche sur l’étude de nouveaux matériaux et structures pour les applications photovoltaïques, en utilisant de logiciel SCAPS-1D. Notre objectif principal était d’identifier, d’étudier et de résoudre les facteurs critiques qui entravent l'amélioration des performances photovoltaïques des cellules solaires à couches minces à base de CXTS, notamment les propriétés de la couche tampon, la formation involontaire d'une couche intermédiaire de MoS2 et l'alignement indésirable des bandes à l'interface émetteur/absorbeur. Nous avons d’abord examiné l’impact des paramètres de la couche tampon CdS sur les performances des cellules PV à base de CZTS. Après l'optimisation de cette couche, nous avons trouvé qu'une épaisseur de 15 nm, une concentration de dopage de 5.1018 cm-3 et une bande interdite de 3,2 eV améliorent considérablement l'efficacité des cellules CZTS. Par la suite, nous avons mené des recherches et une analyse approfondie sur la couche intermédiaire n-MoS2, nous avons évalué son impact sur les cellules solaires CMTS, révélant ses effets néfastes sur les performances de ce type de cellule. Nous avons donc proposé l’utilisation du Cu2O comme champ de surface arrière (BSF), ce qui a permis d’atteindre un rendement record de 21.78%. Dans le dernier volet, nous nous sommes intéressés à l'alignement des bandes à l'interface absorbeur/tampon des structures CBTS et avons remarqué que le diagramme de bandes à l'interface CBTS/CdS est un Cliff, conduisant à une augmentation des recombinaisons à l'interface. Pour résoudre ce problème, nous avons suggéré l’insertion d’une couche d’isolant (Al2O3) comme couche de passivation, qui a créé un spike like CBO bénéfique pour la collecte des charges. Cela a permis une amélioration significative du rendement des cellules solaires CBTS.