Development of new buffer layers and rapid annealing process for efficient Sb₂Se₃ thin-film solar cells (Développement de nouvelles couches tampons et processus de recuit rapide pour des cellules solaires à couche mince Sb₂Se₃ efficaces)

Luo, Yandi - (2024-10-11) / Université de Rennes Development of new buffer layers and rapid annealing process for efficient Sb₂Se₃ thin-film solar cells Langue : Anglais Directeur de thèse:  Zhang, Xiang Hu; Liang, Guangxing Laboratoire :  ISCR Ecole Doctorale : S3M Thématique : Chimie, minéralogie, cristallographie

Accès à la ressource :  https://ged.univ-rennes1.fr/nuxeo/site/esupversion... Mots-clés : Sb₂Se₃, cellules solaires à film mince, couche tampon, couche d’absorbeur, alignements de bande, recombinaison de défauts, Cellules solaires organiques, Couches minces, Hétérojonctions Résumé : Dans ce travail de thèse, le comportement de l'interface de l'hétérojonction, le processus de croissance des grains cristallins et la couche tampon des cellules solaires à base de Sb₂2Se₃ ont été étudiés. La qualité de l'absorbeur et l'alignement des bandes d'énergie sont identifiés comme des paramètres clés pour réduire la densité de défauts et pour faciliter la séparation et le transport des porteurs de charge photogénérés. Une stratégie de dopage d'Al³⁺ dans la couche tampon de CdS a été introduite dans les cellules solaires Sb₂2Se₃. L'alignement des bandes d'énergie et la qualité de l'interface p-n ont été considérablement améliorés. Une courbure de bandes type "Spike-like" a été obtenue pour la meilleure cellule solaire avec un rendement de 8,41%. Deuxièmement, un procédé de recuit thermique rapide a également été développé et optimisé afin d'améliorer la qualité de la couche absorbeur de Sb₂2Se₃ avec une densité de défauts réduite. Le rendement des cellules solaires est augmenté à 9,03%. De plus, nous avons essayé de remplacer la couche tampon CdS toxique par un film ZnSnO respectueux de l'environnement avec en plus un band-gap plus large. Un rendement intéressant de 3,44% a été obtenue pour ces cellules solaires de Sb₂2Se₃ sans Cd. Résumé (anglais) : In this thesis, heterojunction interface behavior, grain growth process and alternative buffer layer of Sb₂Se₃ based solar cells were investigated. The absorber quality and the band alignment are identified as key parameters for reducing defect density and for facilitating the separation and the transport of photogenerated charge carriers. A strategy of Al³⁺ doping into the CdS buffer layer was introduced in Sb₂Se₃ solar cells. The band alignment and the interface quality have been significantly improved. A “spike-like” structure was obtained for the best device with an efficiency of 8.41%. Secondly, a rapid thermal annealing process has also been developed and optimized in order to improve the quality of Sb₂Se₃ absorber film with reduced defect density. The efficiency of the Sb₂Se₃ solar cells is increased to 9.03%. In addition, we have tried to replace the toxic CdS buffer layer with an environmentally friendly ZnSnO film with moreover a wider band gap. An interesting power conversion efficiency of 3.44% was achieved for the Cd-free Sb₂Se₃ thin-film solar cells. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-19705

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