Elaboration et caractérisation des couches minces des semiconducteurs binaires, cas de sulfure de Zinc

Abstract

Le développement des cellules solaires dans les prochaines années est lié à la possibilité de réaliser des composants en couches minces de bonne qualité, de grande surface et à faible coût. Il faut donc travailler à température modérée, en utilisant un système simple. La méthode de dépôt par bain chimique (CBD) est toute indiquée pour faire des dépôts de couches minces de sulfure de zinc destinées à la fabrication des couche tampon. Celle-ci est aujourd’hui la plus utilisée et celle permettant d’obtenir les plus hauts rendements dans l’empilement classique d’une cellule solaire chalcopyrite. Le présent travail s’inscrit dans le cadre de l’élaboration et l'étude du composé ZnS par la méthode de dépôt par bain chimique, un agent complexant non toxique citrate trisodique (C6H5Na3O7) est ajouté pour contrôler le taux de dépôt. Les paramètres d'élaboration ont été optimisés au niveau du laboratoire. Ces paramètres sont constitués essentiellement de la température, la durée de dépôt, la température de recuit, le nombre de dépôts, le type de substrat et cela pour deux types de précurseurs. Nous avons préparé des couches ZnS déposées sur deux substrats différents, constitués de verre ou de monosilicium, et les avons caractérisés par diverses techniques telles que la DRX,le MEB, l’AFM, l’UV-visible et les quatre pointes. L’étude cristallographique réalisée par diffraction aux rayons X, a montré que les couches minces élaborées sur verre sont amorphes. Afin d’améliorer la structure cristalline de ce matériau, nous avons préparé des échantillons sur des substrats en silicium monocristallin. Les spectres de DRX ont montré que les films sont de nature polycristalline avec une structure cubique, et une forte orientation préférentielle. Les spectres de transmission UV-Visible confirment qu’il est possible d’obtenir de bons films transparents de ZnS avec une transmittance d’environ 76% dans le visible. Le gap optique des différents films a été évalué à partir des spectres de transmission. L'énergie de la bande interdite optique qui est fonction des conditions de dépôts a été trouvée dans la gamme allant de 3,77 à 4,07 eV. Parailleurs, les mesures électriques ont révélé que la conductivité électrique était de l’ordre de 2,5.10-4 (Ω.cm)-1 . Les résultats de l’optimisation des films ZnS déposés par CBD, ont montré que toutes les propriétés fondamentales dépendent des conditions opératoires.