Préparation des couches minces de CIS

Dispositif expérimental de synthèse

Le système expérimental utilisé pour la synthèse des couches minces de CIS est composé : – d’un potentiostat Autolab PGSTAT 20, couplé à un système d’acquisition de données – d’un potentiostat EGG Model 362 – d’une cellule électrochimique à un seul compartiment (figure III-1), contenant le mélange électrolytique et dans laquelle plongent trois électrodes : une lame de platine servant d’anode, une électrode en sulfate de mercure(Hg/Hg2SO4), ESM, jouant le rôle d’électrode de référence et une lame de verre recouverte d’une fine couche d’oxyde d’étain et d’indium, ITO, (BALTRACON, BALZERS S.A. , type Z20 sans SiO2, R = 120 Ω/□ servant de cathode. – d’un pHmètre/thermomètre pour contrôler le pH et la température du bain d’électrolyse. Figure III-1 : Schéma de la Cellule électrochimique Préparation des couches minces de CIS 

Conditions expérimentales de synthèse

L’élaboration des couches minces de CIS est réalisée à p artir d’une solution électrolytique composée de sulfate de cuivre(II), CuSO4 98% (Aldrich), de sulfate d’indium(III) hydraté In2(SO4)3.H2O 99.99+% (Aldrich) et de dioxyde de sélénium(IV) SeO2 98% (Aldrich). L’électrolyte support est constitué de sulfate de potassium K2SO4 99% (Aldrich). Sa concentration est de 0,1 M. Tenant compte des prévisions théoriques, nous avons fixé les concentrations de sélénium, de cuivre et d’indium en solution respectivement à 1.6 10- 3 M , 10 -3 M et à 3 10-3 M. Le pH de la solution est ajusté à 2,43 ± 0.02 par de l’acide sulfurique H2SO4 99% (Aldrich).

Tous les dépôts sont effectués à température ambiante. Le potentiel appliqué est compris entre – 0.75 V/ESM et – 1.3 V/ESM. III-2 Caractérisation des couches minces de CIS Au cours de la synthèse du diséléniure de cuivre et d’indium, les paramètres opératoires peuvent favoriser la présence dans le dépôt de phases autres que le CIS, mais également influencer de façon assez r emarquable les propriétés physiques des couches de CIS. Ces paramètres vont du potentiel appliqué aux concentrations relatives des espèces actives en solution en passant par la nature du substrat, le pH de la solution, l’agitation ou non de celle-ci, de sa température, la présence ou non d’agents complexant.

L’étude de l’influence de chacun de ces paramètres est très importante si on veut réaliser des couches minces répondant à un certain nombre d’exigences, en particulier celles permettant au CIS de participer efficacement à l’élaboration de cellules photovoltaïques à hauts rendements de conversion. Il ne saurait évidemment être question dans le cadre de ce travail, d’étudier le rôle de chacun de ces paramètres. Nous allons nous consacrer à ce q ui a semblé être le ou tout au moins l’un des paramètres les plus influents dans la synthèse électrochimique du CIS, c’est–à-dire le potentiel de dépôt. Dans ce qui suit nous présentons les résultats des analyses effectuées sur les caractéristiques morphologiques, structurales, optiques et sur la composition chimique des couches minces de CIS électrogénérées. L’influence du traitement thermique sur certaines de ces p ropriétés est aussi étudiée.

Propriétés morphologiques

La structure morphologique des couches minces de CIS a été étudiée à l’aide d’un microscope électronique à balayage de type JEOL JSM 840. En effet, les méthodes de microscopie électronique visent généralement à réunir sur la matière solide, des informations qui résultent de l’interaction d’un faisceau d’électrons monocinétiques (sonde) avec un volume microscopique d’un échantillon du matériau à étudier. La microscopie électronique à b alayage (MEB) permet en particulier, grâce à cette sonde convergent sur une très faible surface d’impact du matériau étudié, de détecter diverses informations qui résultent de cette interaction.

Ces informations se présentent sous la forme d’émissions électroniques, d’émission X, etc. et apportent une connaissance sur la topographie de surface du matériau étudié, de la composition chimique locale, de certains éléments de structure etc. En déplaçant le point d’impact sur la surface du matériau, on peut afficher sur un écran d’un tube cathodique, l’intensité détectée sous forme d’ « images électroniques » représentant, avec un grandissement réglable, la cartographie de l’intensité détectée sur la surface balayée.