Synthèse et caractérisation par voie électrochimique de couches minces quaternaires de type Cu2ZnSnSe4(CZTSe)

Abstract

Les deux défis majeurs auxquels devrait l’humanité faire face, sont la garantie de l'approvisionnement énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Aujourd'hui, environ 80 % de la production mondiale d'énergie est basée sur des combustibles d’origine fossile dont l’épuisement est prévu dans quelques décennies. Pour faire face à ce scenario, plusieurs alternatives sont disponibles, parmi lesquelles notamment le photovoltaïque. Cette thèse est une contribution dans le développement de matériaux photoactifs à faible coût et à composants abondants dans l’écorce terrestre pour la fabrication de cellules solaires en couches minces. Il s’agit de la synthèse par voie électrochimique du quaternaire Cu2ZnSnSe4 (CZTSe), un composé très prometteur pour le remplacement du CIGS, matériau très performant mais confronté à la cherté et l’indisponibilité de ses constituants (Indium et Galium). L’originalité dans ce travail a été l’étape de sélénisation qui d’habitude, est réalisée par évaporation du sélénium sous vide (ou du gaz H2Se, un gaz dont l’utilisation est très couteuse et à risques). Dans la présente étude, une couche mince de sélénium a été déposée par voie électrochimique sur un substrat composé du ternaire CuZnSn préalablement préparé électrolytiquement. Le produit final était du CZTSe stœchiometrique et photoactif à bande interdite de 1.1 eV environ.