Extremely thin absorber “eta” solar cells with nanostructured II-VI absorber : materials and properties

L’objectif de ce travail est d’élaborer des méthodes peu chères pour produire desmatériaux semi-conducteurs pouvant entrer dans la fabrication de cellules solaires de type"eta" (extremely thin absorber). Ces cellules sont constituées d’une couche extrêmement fined’un adsorbeur inorganique dont la bande interdite est situé entre 1.1 et 1.8 eV placée entredeux nanostructures transparentes l’une de type n et l’autre de type p et dont les bandesinterdites doivent être supérieurs à 3.3 eV. Une couche compacte et des nanofils de ZnO ontété préparés en mode galvanostatique. Les dimensions des nanofils ont été contrôlées à l’aidede la couche compacte et de la densité du courant appliqué. La photosensibilisation desnanofils par des couches uniformes de CdS, CdSe et CdTe préparée par la méthode SILAR(Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) a été étudiée. Les propriétés de cescouches ont été améliorées par recuit et traitement chimique. En ce qui concerne les finescoquilles de CdTe deux autres méthodes de sensibilisation ont été également étudiées : la CSS(Close Spaced Sublimation) et les QDs (Quantum Dots). La première méthode conduit à unfaible recouvrement alors que la seconde produit un matériau mal défini optiquement. Leshétérostructures formées sur les nanofils ont été complétées par une couche de CuSCN, unsemi-conducteur de type p, préparée par trois méthodes différentes. L’influence de lamorphologie de ces couches sur les propriétés des cellules eta a été étudiée. Les filmspréparés par électrodéposition et SILAR sont plus rugueux que ceux obtenus parimprégnation et leur conductivité est moins bonne. Les hétérostructures (avec CdS et CdSecomme absorbeurs) ont été testées dans une cellule photoélectrochimique et les rendementsobtenus (jusque 2%) montrent une amélioration certaine des propriétés de ces matériauxpréparée par SILAR-modifiée ainsi que des interfaces ZnO/absorbeur. La qualité desmatériaux obtenus par SILAR montre qu’aujourd’hui on peut s’attendre à une Renaissance decette technique.The development of semiconducting materials for the extremely thin absorber (eta)solar cell using cheap and scalable methods was the main objective of this work. The eta-solarcell is composed of all inorganic materials consisting of an extremely thin layer of absorbingmaterial (1.1 <Eg< 1.8 eV) sandwiched between nanostructured transparent electron and holeconductors (Eg ≥ 3.3 eV). Compact and defect free ZnO thin film and nanowires (NWs) wereprepared galvanostatically. The ZnO nanowire dimensions were controlled with the ZnO seedlayer or the applied current density. The photosensitization of the ZnO nanowires withconformal layers of CdS, CdSe and CdTe prepared by Successive Ionic Layer Adsorption andReaction (SILAR) was studied. The improvement of the absorber structural and opticalproperties by annealing and chemical treatment was achieved. The Close Spaced Sublimation(CSS) and Quantum Dot (QD) sensitization were also used for CdTe thin shell deposition,while the first method produced low coverage, the second resulted in better coverage but withnot optimal optical features. The ZnO NW/absorber heterostructure was completed with ahole conducting CuSCN layer. The influence of the CuSCN layer (prepared by three methods)morphology on the eta-solar cell performance is discussed. Electrodeposited and SILARprepared films exhibited rougher surfaces than that by the Impregnation technique (whichaffects the electrical conductivity). The ZnO/absorber core/shell heterostructures were alsotested in a photoelectrochemical cell. The recorded efficiencies (up to 2 %) for the case ofCdS and CdSe photosensitizers demonstrated an improvement of the ZnO/absorber interfacesand the material quality achieved by the modified-SILAR technique. These results let us toconsider that today a Renascence of the SILAR method is happening