Extremely thin absorber "eta" solar cells with nanostructured II-VI absorber Materials and Properties - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Extremely thin absorber "eta" solar cells with nanostructured II-VI absorber Materials and Properties

Cellules solaires avec un absorbeur ll-Vl nanostructuré Matériaux et Propriétés

Résumé

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-solar cell is composed of all inorganic materials consisting of an extremely thin layer of absorbing material sandwiched between nanostructured transparent electron and hole conductors (Eg ≥ 3.3 eV). Compact and defect free ZnO thin film and nanowires (NWs) were prepared galvanostatically. The ZnO nanowire dimensions were controlled with the ZnO seed layer or the applied current density. The photosensitization of the ZnO nanowires with conformal layers of CdS, CdSe and CdTe prepared by Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) was studied. The improvement of the absorber structural and optical properties 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 with not optimal optical features. The ZnO NW/absorber heterostructure was completed with a hole conducting CuSCN layer. The influence of the CuSCN layer (prepared by three methods) morphology on the eta-solar cell performance is discussed. Electrodeposited and SILAR prepared films exhibited rougher surfaces than that by the Impregnation technique (which affects the electrical conductivity). The ZnO/absorber core/shell heterostructures were also tested in a photoelectrochemical cell. The recorded efficiencies (up to 2 %) for the case of CdS and CdSe photosensitizers demonstrated an improvement of the ZnO/absorber interfaces and the material quality achieved by the modified-SILAR technique. These results let us to consider that today a Renascence of the SILAR method is happening.
L'objectif de ce travail est d'élaborer des méthodes peu chères pour produire des matériaux semi-conducteurs pouvant entrer dans la fabrication de cellules solaires de type "eta" (extremely thin absorber). Ces cellules sont constituées d'une couche extrêmement fine d'un absorbeur inorganique dont la bande interdite est situé entre 1.1 et 1.8 eV placée entre deux nanostructures transparentes l'une de type n et l'autre de type p et dont les bandes interdites doivent être supérieurs à 3.3 eV. Une couche compacte et des nanofils de ZnO ont été préparés en mode galvanostatique. Les dimensions des nanofils ont été contrôles à l'aide de la couche compacte et de la densité du courant appliqué. La photosensibilisation des nanofils par des couches uniformes de CdS, CdSe et CdTe prÈparÈe par la méthode SILAR (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) a été étudiée. Les propriétés de ces couches ont été améliorées par recuit et traitement chimique. En ce qui concerne les fines coquilles de CdTe deux autres méthodes de sensibilisation ont été également étudiées : la CSS (Close Space Sublimation) et les QDs (Quantum Dots). La première méthode conduit à un faible recouvrement alors que la seconde produit un matériau mal défini optiquement. Les hétérostructures formées sur les nanofils ont été complétées par une couche de CuSCN, un semi-conducteur de type p, préparée par trois méthodes différentes. L'influence de la morphologie de ces couches sur les propriétés des cellules eta a été étudiée. Les films préparés par électrodéposition et SILAR sont plus rugueux que ceux obtenus par imprégnation et leur conductivité est moins bonne. Les hétérostructures (avec CdS et CdSe comme absorbeurs) ont été testées dans une cellule photoélectrochimique et les rendements obtenus (jusque 2%) montrent une amélioration certaine des propriétés de ces matériaux préparée par SILAR-modifiée ainsi que des interfaces ZnO/absorbeur. La qualité des matériaux obtenus par SILAR montre qu'aujourd'hui on peut s'attendre à une Renaissance de cette technique.
Fichier principal
Vignette du fichier
These_SALAZAR_Raul_2013.pdf (91.82 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00815056 , version 1 (18-04-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00815056 , version 1

Citer

Raul Salazar. Extremely thin absorber "eta" solar cells with nanostructured II-VI absorber Materials and Properties. Material chemistry. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2012. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00815056⟩
497 Consultations
245 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More