Published January 28, 2020 | Version v1
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Chalcogenides absorbers with a wide bandgap ∼1,7 eV for thin-film solar cells

Description

Cu(In,Ga)S2 (CIGS) thin-film solar cells are currently considered to be used as the top cell of a tandem solar cell with a silicon bottom cell. The required bandgap for this application is ∼1,7 eV which can be reached with the composition of Cu(In0,7,Ga0,3)S2. However, different phases can be formed during the co-evaporation process, and there is not a lot of details about sulfides CIGS in the literature. This thesis investigates fundamentally the structures and properties of the CIGS phases by a chemical crystallographic approach to optimize the deposition of co-evaporated thin-films. It is divided into two parts: the first one is about 'bulk' materials, powders and crystals synthesized by high temperature ceramic route, and the second part is about thin-film materials deposited on glass/molybdenum substrates by co-evaporation. A link is made between the two kinds of samples by analysing their structures and compositions by X-ray diffraction and energy dispersive X-ray spectrometry. The first part leads to the determination of the CIGS phase diagram and the stability domain of the chalcopyrite structure. The second part brings to the optimization of the co-evaporation process and to promising solar cell efficiencies. (author)

Abstract (French)

Les cellules solaires en couches minces a base d'un absorbeur Cu(In,Ga)S2 (CIGS) sont actuellement envisagees pour former une cellule tandem avec une cellule a base de silicium. Le gap desire pour cette application est ∼1,7 eV et peut etre obtenu pour une composition Cu(In0,7,Ga0,3)S2 qui est la composition d'interet de notre etude. Cependant, au cours d'un depot de couche mince, plusieurs phases sont susceptibles de se former et il existe tres peu d'informations sur les phases soufrees CIGS dans la litterature. L'objectif de cette these est d'etudier fondamentalement les structures et les proprietes des phases CIGS par une approche de cristallochimie, afin d'obtenir des informations pour l'optimisation d'un depot de couches minces par co-evaporation. Elle se divise en deux parties: une partie sur les echantillons dits 'massifs', sous forme de poudres et cristaux, synthetises par voie ceramique a haute temperature, et une partie sur les materiaux sous forme de couches minces, deposees sur des substrats de verre/molybdene par co-evaporation. Les structures et compositions des deux types d'echantillons sont determinees par diffraction des rayons X et analyse elementaire EDX. La premiere partie a permis d'etablir un diagramme de phases de CIGS et de connaitre le domaine de stabilite de la structure chalcopyrite. La seconde a permis l'optimisation d'un procede de co-evaporation qui a mene a l'elaboration de cellules solaires prometteuses. (auteur)

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Original title (French)
Absorbeurs chalcogenures a grand gap ∼1,7 eV pour la realisation de cellules solaires en couches minces

Publishing Information

Imprint Pagination
146 p.
Report number
FRNC-TH--15026

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Notes
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