Adaptation du contact arrière de molybdène et des interfaces pour les photopiles à base de jonctions CIS/couches tampon alternatives – AMICIS

La substitution de la couche tampon de CdS déposée par bain chimique par un matériau exempt de cadmium au sein des cellules solaires à base de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) est une activité importante de la communauté scientifique internationale. A ce jour, deux familles de composés, à savoir (Zn,Mg)(S,O) et dérivés d'In2S3, permettent d'atteindre en laboratoire des performances similaires à celles atteintes par les cellules standard de struture : verre sodé/CIGSe/CdS/ZnO. Néanmoins, la faible reproductibilité des résultats ainsi que leur manque d'universalité ne permettent pas d'envisager à court terme le développement industriel de ces couches tampon alternatives. Les travaux menés jusqu'à maintenant ont consisté en l'optimisation des conditions de croissance de ces couches tampon alternatives sans réel regard sur les propriétés des couches minces de CIGSe qui dans la majorité des cas sont optimisées pour la couche tampon de CdS déposée par bain chimique. Il nous apparaît aujourd'hui indispensable de ne plus considérer les problématiques liées aux couches tampon alternatives comme découplées de celles du CIGSe; les problèmes liés à la qualité de l'hétéro-jonction doivent être considérés dans la globalité de la photopile, du molybdène à la fenêtre optique. Au sein du projet AmiCIS, nous nous proposons de déterminer, parmis les caractéristiques du CIGSe, celles qui influencent majoritairement la nature chimique des interfaces qu'il forme avec les couches tampon alternatives. Ainsi, l'influence de la rugosité, de l'orientation cristalline et des gradients transversaux In/Ga du CIGSe seront investis. Parallèlement à cette étude, nous étudierons l'impact des propriétés du contact arrière de molybdène sur les caractéristiques du CIGSe. Tous ces résultats doivent permettre de dresser un cahier des charges du CIGSe pour chaque couche tampon ainsi qu'un cahier des charges du molybdène pour chaque CIGSe; la combinaison des deux aboutissant à l'objectif ultime de définir un type de molybdène pour chaque couche tampon. Le consortium est composé de trois partenaires académiques (IMN, IRDEP, GPM) et d'un partenaire industriel (44solar) dont les domaines de compétence sont complémentaires; la présence de chimistes, physiciens et spécialistes des matériaux permettra au groupe de travail de progresser rapidement par conforntation de points de vue. Le projet s'articule quant à lui autour de cinq tâches, les trois premières dédiées à la croissance des échantillons (1: moly, 2: CIGSe, 3: cellules) et les deux dernières à leur caractérisation (4: cellules, 5: interfaces). Dans le cadre de la dernière tâche, les échantillons seront étudiés à l'aide des techniques classique mais aussi pour la première fois par sonde atomique tomographique.