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Propriétés électriques du CdS
Le sulfure de cadmium est un matériau de type n qui, à la température ambiante, a une résistivité électrique assez élevée permettant de l’utiliser comme une couche tampon très mince dans les cellules solaires photovoltaïques polycristallines bien connues tels que, CdTe et dans les cellules solaires photo-électrochimiques (PEC).
Des calculs de résistivité ont montré, qu’à l’obscurité, sa grandeur varie considérablement d’un film à un autre, souvent pour des raisons non encore maîtrisées .
Pour une cellule CdS/CdTe simultanément excitée par un rayonnement de courtes longueurs d’onde, la conductibilité décroît pour une irradiation de longueurs d’onde plus grandes que 520nm mais au début de l’illumination par rayonnement de grande longueur d’onde, on peut observer tout d’abord une certaine élevation de la conductibilité .
Structure de bandes du CdS
Le sulfure de cadmium est un semiconducteur qui se cristallise dans deux types de structures: la structure cubique zinc blende de la saphalérite (ZB) et la structure hexagonale de würtzite (W). A température ambiante, le gap est respectivement 2,4eV et 2,5eV pour chacune des structures. Dans la structure ZB, les deux sous-réseaux de Cd et S composant le cristal sont cubiques à faces centrées, décalés l’un par rapport à l’autre d’un quart de la diagonale principale du cube . Dans la structure W, la plus répandue, les deux sous-réseaux sont hexagonaux compacts. Ces états électroniques sont calculés par la méthode LCAO (Linear Combinations of Atomic Orbitals) appelée aussi méthode des orbitales fortes,elle consiste à développer les fonctions d’onde du cristal sous forme de combinaisons linéaires satisfaisant le théorème de Bloch.
Les porteurs de charges, responsables des propriétés optoélectroniques, électrons et trous (états non occupés), sont situés respectivement aux voisinages du bas Ec de la BC et du sommet Ev de la BV. Dans ces régions énergétiques, les bandes ont une courbure que l’on peut décrire, en première approximation, par une forme parabolique .
Structure de bandes du CdTe
Le matériau binaire CdTe est un semiconducteur à bande interdite directe: le minimum de la bande de conduction et le maximum de la bande de valence se situent au centre de la zone de Brillouin. L’absorption et l’émission de lumière peuvent alors se faire avec conservation du vecteur d’onde c’est-à-dire sans impliquer d’interaction avec d’autres quasiparticules comme les phonons.
Le tellurure de cadmium présente une structure en bon accord avec la structure de type würzite du sulfure de cadmium (CdS). Il se cristallise aussi dans le groupe d’espace du zinc blende dans sa structure à trois dimensions.
Présentation d’ une photopile
Une photopile est un dispositif fabriqué à base de semiconducteurs. Elle permet la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique. Une photopile est constituée généralement de trois parties suivantes: l’émetteur, la base et la zone de charge d’espace.
l’ émetteur ( de type n): zone très fortement dopée en atomes donneurs, très faible épaisseur, la base (de type p): zone dopée en atomes accepteurs moins importants, d’épaisseur plus importante, la zone de charge d’ espace (ZCE). Dans cette région, il règne un champ électrique intense qui a pour principal but de séparer les paires électrons-trous photogénérées qui arrivent à la jonction. En effet, lorsque le semiconducteur de type n est mis en contact avec un semiconducteur de type p les électrons en excès dans le matériau n diffusent dans le matériau (p) où ils sont minoritaires. La zone initialement dopée (n) devient chargée positivement, et la zone initialement dopée p est alors chargée négativement.
Technique d’élaboration d’une couche mince CdS
Le CdS est un matériau relativement facile à déposer et surtout il est considéré parmi les matériaux les plus intéressants du point de vue propriétés électriques et optiques.
C’est dans ce contexte que les procédés de dépôt des films en CdS sont l’objet de nombreuses recherches. Plusieurs techniques sont utilisées, on cite: l’évaporation sous vide, la pulvérisation cathodique, les méthodes chimiques telles que: le dépôt en phase vapeur( CVD ), spray pyrolyse, le dépôt électrolytique et le dépôt par bain chimique .
Nous allons nous intéresser à la méthode de dépôt par bain chimique ( CBD ). Le processus de dépôt se passe à l’intérieur d’une hôte aspirant les gaz toxiques, surtout le cadmium. Le montage se compose d’un bêcher contenant la solution déposée. Ce bêcher est plongé dans un bain de température stabilisée par un stabilisateur de température et placé sur un agitateur magnétique doté d’un bouton pour garantir l’agitation et contrôler la vitesse de celle-ci à l’intérieur de la solution. L’agitateur magnétique est placé sur un élévateur qui donne la possibilité de monter et de descendre le bain dans lequel est plongé le bécher contenant le bain chimique. Le substrat sur lequel se réalise la croissance des films est maintenu par des bras fixés à des potences. Ceci nous donne la possibilité de faire rentrer les substrats dans la solution au début du dépôt et les faire sortir lorsque le dépôt est terminé. Le dépôt chimique en solution de la couche mince de CdS est basé sur la précipitation controlée de CdS dans le bain. Lors du dépôt, le matériau se précipite sur le substrat et on obtient une couche mince jaune de sulfure de cadmium visible à l’œil nu . Mais après recuit, il devient jaune orangé à cause de l’oxyde de cadmium (CdO) de couleur noir qui s’est formé pendent le recuit.
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES MATERIAUX CdS ET CdTe
INTRODUCTION
I-Présentation du matériau CdS
I-1 Propriétés électriques du CdS
I-2 Propriétés optiques du CdS
I-3 Structure des bandes du CdS
II Présentation du matériau CdTe
II-1 Propriétés électriques du CdTe
II-2 Propriétés optiques du CdTe
II-3 Structures des bandes du CdTe
CONCLUSION
CHAPITRE II: ETUDE DE L’HETEROJONCTION CdS/CdTe
INTRODUCTION
I-Présentation d’une photopile
I-1 Structure des bandes de l’hétérojonction
I-2 Technique d’élaboration d’une couche mince CdS
II-Equation de diffusion des porteurs minoritaires éxcédentaire
II-1 Densité des porteurs minoritaires sous éclairement
II-1-1 Dans la base
II-1-2 Dans l’émetteur
II-2 Photocourant et rendement quantique externe
II-2-1 Photocourant
II-2-1-1 Photocourant dans la base
II-2-1-2 Photocourant dans l’émetteur
II-2-1-3 Photocourant dans la zone de charge d’espace
II-2-2 Rendement quantique externe
II-2-2-1 Dans la base
II-2-2-2 Dans l’émetteur
II-2-2-3 Dans la zone de charge de l’espace
CONCLUSION
CHAPITRE III: RESULTATS ET COMMENTAIRES
INTRODUCTION
I- Coefficient d’absorption des matériaux
II Caractéristique I-V de l’hétérojonction CdS/CdTe
II-1 Influence de la température sur la caractéristique I-V de l’hétérojonction
II-2 Influence de l’éclairement sur la caractéristique I-V de l’hétérojonction
II-3 Influence du taux de dopage sur la caractéristique I-V
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
Bibliographie
