Realisation d'absorbeurs pour cellules solaires ultra-minces

RAPPORT DE STAGE DE MASTER 1

sciences chimiques

Institut LAVOISIER

Université de Versailles Saint Quentin en Yvelines

45 avenue des Etats-Unis - 78035 VERSAILLES

Avril-Juin 2010

Sujet

REALISATION D’ABSORBEURS POUR CELLULES SOLAIRES

ULTRA-MINCES

Etude de l’influence de la concentration du Br2 sur la cinétique d’attaque et la morphologie de la surface des couches minces de CIGS

Stage encadré par

Mme Isabelle GERARD M. Pierre TRAN-VAN

Remerciements

Au terme de ce travail, je tiens à exprimer mes sincères remerciements à toute l’équipe d’électrochimie et physico-chimie aux interfaces de l’institut LAVOSIER de Versailles.

Ma profonde gratitude va tout d'abord à Mme Isabelle GERARD, et M. Pierre TRAN-VAN pour m’avoir proposé un stage intéressant par sa diversité, qui m’a permis de découvrir l’univers de l’énergie solaire, accompagné d’un éventail de méthodes d’analyse et de caractérisation, et pour m’avoir encadré et guidé par leurs instructions et conseils techniques judicieux, empreints d'une longue expérience dans le domaine.

Sans toutefois oublier de remercier M. Arnaud ETCHEBERRY, pour m’avoir accordé cette occasion de réaliser mon stage de M1 au sein de son institut de recherche.

Mes chaleureux remerciements vont également à, Anne-Marie, Nathalie, Elise, Muriel, Régis, Charles, Alexandre, Oula pour leur sympathie, et encore pour Isabelle et Pierre, pour leurs soutien et encouragements permanents. Sans oublier de remercier Stefan, Samuel, Julien, Thibaud, Ziad et tous les autres stagiaires que j’ai eu l’occasion de rencontrer durant ce stage.

Enfin, je remercie l’ensemble du personnel du laboratoire pour la convivialité et la bonne ambiance qu’ils ont établie.

Sommaire

INTRODUCTION 4

PARTIE I : CADRE DE LA RECHERCHE 5

I.1- L’ESSOR DES ENERGIES RENOUVELABLES 5

I.2- LA CONVERSION PHOTOVOLTAÏQUE 5

I.3- REALISATION D’ABSORBEURS POUR CELLULES SOLAIRES ULTRA-MINCES 7

PARTIE II : MATERIELS ET METHODES 9

II.1 CINETIQUE DE DISSOLUTION 9

II.1.1- Description du principe 9

II.1.2- Dissolution du CIGS 9

II.2- SPECTROSCOPIE D’ABSORPTION ATOMIQUE (SAA) 11

II.2.1- Principe de la méthode 11

II.2.2- Dosage SAA 11

II.3- MICROSCOPIE A FORCE ATOMIQUE (AFM) 12

II.3.1- Description du principe 12

II.3.1- Instrumentation et analyse de la surface : 13

PARTIE III : DISCUSSION DES RESULTATS OBTENUS 14

III.1- EVOLUTION DE L’EPAISSEUR DECAPEE DU CIGS 14

III.2- INFLUENCE DE LA CONCENTRATION EN BR2 SUR LA CINETIQUE 16

III.3- ANALYSE TOPOGRAPHIQUE DE LA SURFACE DU CIGS 17

CONCLUSION 21

BIBLIOGRAPHIE 22

ANNEXE 1 : PREPARATIONS DES DIFFERENTS MODIFICATEURS UTILISES EN SAA 23

ANNEXE 2 : EXEMPLE DE DEPOUILLEMENT DES RESULTATS DE LA SAA POUR LA CINETIQUE DE DISSOLUTION DU ZI15 AVEC [BR2]=0,04 M, [HBR]=0,25M 24

Introduction

En raison de la demande sans cesse croissante en matière d’énergie, observée ces dernières décennies, le tarissement de ses sources, et la flambée des prix des hydrocarbures fossiles, l’humanité et la planète sont aujourd’hui engagées dans une métamorphose et un challenge, pour établir une nouvelle stratégie énergétique, et trouver d’autres alternatives capables de compenser d’éventuelles « carences » en approvisionnement en énergie, voire remplacer ces ressources énergétiques non renouvelables, afin que notre avenir soit fondé sur des énergies plus propres et plus efficaces.

Cette prise de conscience a amplifié l’engagement de l’Homme sur les possibilités d’exploiter d’autres sources d’énergie qui sont renouvelables. L’éolien, l’hydraulique, ou encore le solaire…, en font partie.

Une idée lumineuse vient donc s’installer parmi tant d’énergies sans cesse régénérées, il s’agit bien entendu de l’énergie photovoltaïque. Obtenue grâce aux cellules solaires, elle est d’une haute fiabilité, l’énergie produite est non polluante, silencieuse et n'entraîne aucune perturbation du milieu, et ne nécessite ni combustible, ni transport, ni personnel hautement spécialisé. Tous ces avantages font d’elle une énergie particulièrement adaptée aux régions et industries isolées, et au domaine spatial. Cependant, et face à la pénurie du Silicium constituant principal des modules photovoltaïques, cette filière se trouve face à un défi, qui est celui de réduire son coût de production. C’est la raison pour laquelle, une autre génération d’absorbeurs a vu le jour, il s’agit des cellules solaires minces, conçus à partir de nouveaux matériaux, on note les absorbeurs à base de CdTe, CIS (Cu, In, Se), ou encore de CIGS [Cu(In,Ga)(S,Se)2} [1]. Ce dernier constitue l’objet de notre étude.

Principal concurrent des cellules photovoltaïques à base de Si, le CIGS, présente de nombreux avantages, liés principalement à son faible coût de revient, avec un rendement allant jusqu’à 19,5%. En revanche, il représente un inconvénient lié à l’indium qui est un élément assez

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