Synthèse et caractéristiques de nanoparticules de Cu2MSnS4 (M = Co, Zn, Fe,. . ) pour application photovoltaïque
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In the context of the potential large scale deployment of terrestrial photovoltaic, it is important to address the issue of sustainability and costs of raw materials for device manufacture. A promising candidate for low cost absorber layer is the quaternary compound Cu2ZnSnS4 (Czts) which is an analogue of Cuins2 obtained by replacing In(II) by Zn(II) and Sn(IV). Czts is one of the promising materials for low cost thin film solar cell, because of a suitable band gap energy of 1. 4-1. 5 ev and the large absorption coefficient over 10'4 CM-1. To replace potentially more expensive vaccum based techniques, "ink"-based approach has been developed. A family of nano-crystals inks was developed (Cu2CoSnS4, Cu2ZnSnS4, Cu2FeSnS4. . . ) displaying various primary crystallite sizes and morphologies and involving three different process routes performed at different temperatures. Benefits of the high temperature route (T=500°C) compared to the low temperature route (T=200°C) are illustrated from tem, xrd and raman spectroscopy results. Three generations of Cu2CoSnS4 nanoparticles were designed possessing various mean sizes (3 Nm, 150 Nm and 200 Nm) and different degree of crystallization.
Abstract FR:
Les matériaux Cu2MSnS4 (M= Co, Zn, Fe,. . ) à largeur de bande interdite d'environ 1. 5 eV et constitués d'éléments abondants et peu onéreux dans la nature présentent une forte potentialité comme films minces absorbants de cellules photovoltaïques. Parmi les voies proposées pour la fabrication de films minces d'épaisseur d'environ 3 µm, la voie encres de nanoparticules a récemment été validée avec la fabrication de cellules possédant des rendements de conversion de l'ordre de 10%. Cette thèse décrit la synthèse et la caractérisation de trois générations de nanoparticules de Cu2MSnS4 (M= Co, Zn, Fe,. . ). La première génération de nanoparticules a été obtenue par une approche synthèse solvothermale mettant en œuvre des précurseurs variés. Les conditions d'obtention de particule de taille nanométrique ont été définies après rationalisation des conditions de formation de la structure Cu2MSnS4, effectuée dans divers solvants. Une seconde génération de nanoparticules, à haut degré de cristallisation est proposée, mettant en œuvre un procédé à haute température. Enfin la troisième génération concernant des nanoparticules de très faible taille, inférieure à 4 nm et possédant des propriétés optoélectroniques de confinement quantique a été explorée via un procédé de peptisation.