Effet des couches minces nanostructurées sur les cellules photovoltaïques à hétérojonction : Application aux matériaux chalcopyrites

Abstract

Afin de réduire le prix de revient et le coût des cellules solaires, de nouveaux procédés technologiques, dits de « deuxième et troisième générations », basés sur l'utilisation de couches minces et de nanomatériaux ont été développé. Ces dernières années l'efficacité des cellules de deuxième génération à base de couches minces Cu(In,Ga)Se2 a dépassé les 22%. Néanmoins, les matériaux nanostructurés tels que les réseaux de nanofils présentent souvent un taux d’absorption de la lumière plus important que les films minces et peuvent donc être utilisés. L'objectif de ces travaux de thèse est de concevoir et de modéliser les cellules solaires en couches minces nanostructurées CIGS à base de nanofils d'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Ceci, sous environnement SILVACO ATLAS. La modélisation permet d'obtenir des informations sur le fonctionnement des cellules solaires CIGS, ainsi que sur les mécanismes d'absorption et de transport de charge électrique. Nous avons évalué dans un premier temps les caractéristiques électriques et optiques (ICC, VCO, FF, η) correspondant à une structure en couche minces d’hétérojonction ZnO / CdS / CIGS. Nous avons obtenu une efficacité optimale de 24.36% et un facteur de forme de 82.86%. Puis nous avons remplacé le contact arrière du film Mo par des nanofils d’ITO introduits dans la cellule solaire à base de CIGS. Les cellules solaires ont alors présenté de très bonnes performances photovoltaïques avec un rendement de 21,26%. Ce qui est un rendement record pour ce type de structure. La grande surface active de l'électrode à nanofil d'ITO et la courte distance sur laquelle la charge se déplace vers l'électrode améliorent la collecte des charges dans une nanostructure. Ceci, induit une augmentation du courant de court-circuit et par conséquent une augmentation du rendement électrique.