Exploring potentialities of CIGSn lamellar phases for photoinduced applications
Exploration des potentialités des phases lamellaires CIGSn pour des applications photoinduites
Résumé
New lamellar phases, named CIGSₙ, have been identified in the Cu₂S-In₂S₃-Ga₂S₃ system. These compounds exhibit a marked 2D character with a van der Waals gap (~ 3 Å). Their optical gap (1.7 - 1.9 eV) is comparable to that of the chalcopyrite Cu(In₀.₇Ga₀.₃)S₂, studied as an absorber in tandem solar cells. The CIGSₙ phases are isostructural of the compounds ZnIn₂S₄ et Zn₃In₂S₆, used as photocatalysts for hydrogen production under visible light. The aim of this thesis is to explore the potential of CIGSₙ compounds for photovoltaic and photocatalytic applications, in comparison with the chalcopyrite Cu(In₀.₇Ga₀.₃)S₂. To do this, their energy diagrams were established by combining (photo)electrochemical measurements with X-ray photoelectron spectroscopy and diffuse reflectance. The conduction and valence bands of CIGSₙ compounds are interestingly positioned in relation to the redox potentials involved in certain photocatalytic reactions. In addition, some of these compounds exhibit ambipolar electrical behaviour (p/n type), which makes them promising. CIGSₙ nanopowders were synthesised using a microwave-assisted solvothermal process, to optimise their microstructure and to evaluate their photocatalytic activity for the evolution of hydrogen in the presence of alcohols. In parallel, thin films of these materials were prepared by co-evaporation in order to fabricate and characterise photovoltaic cells with different architectures.
De nouvelles phases lamellaires nommées CIGSₙ, ont été identifiées dans le système Cu₂S-In₂S₃-Ga₂S₃. Ces composés présentent un caractère 2D marqué avec un gap de van der Waals (~ 3 Å). Leur gap optique (1,7 - 1,9 eV) est comparable à celui de la chalcopyrite Cu(In₀.₇Ga₀.₃)S₂, étudiée comme absorbeur dans des cellules solaires tandem. D’autre part, les phases CIGSₙ sont isostructurales des composés ZnIn₂S₄ et Zn₃In₂S₆, utilisés comme photocatalyseurs pour la production d'hydrogène dans le domaine visible. L'objectif de cette thèse est d’explorer le potentiel des composés CIGSₙ pour des applications photovoltaïques et photocatalytiques, en comparaison avec la chalcopyrite Cu(In₀.₇Ga₀.₃)S₂. Pour ce faire, les diagrammes d'énergie de ces composés ont été établis en combinant des mesures (photo)électrochimiques avec la spectroscopie de photoélectrons X et la réflectance diffuse. Les bandes de conduction et de valence des composés CIGSₙ, se positionnent de manière intéressante par rapport aux potentiels redox impliqués dans certaines réactions photocatalytiques. D’autre part, quelques-uns de ces composés présentent un comportement électrique ambipolaire (type p/n), ce qui les rend prometteurs. Des nanopoudres de CIGSₙ ont été synthétisées par voie solvothermale assistée par micro-ondes, afin d'optimiser la microstructure et d'évaluer leur activité photocatalytique pour la production de l'hydrogène en présence d’alcools. Parallèlement, des couches minces de ces matériaux ont été préparées par co-évaporation afin de fabriquer et caractériser des cellules photovoltaïques avec différentes architectures.
Domaines
Matériaux| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|