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Caractérisation par imagerie hyperspectrale de luminescence d’échantillon de cellules multicristallines de cuivre-indium disulfure

Le cuivre-indium disulfure (CuInS2 ou CIS) est l’un des matériaux les plus prometteurs de la seconde génération de cellules solaires. Il est sous la loupe des scientifiques du domaine photovoltaïque depuis le début des années 90, où il présentait déjà une efficacité de conversion supérieure à 10% [1]. Son coefficient d’absorption élevé, sa bande interdite directe (1.52 eV) [2] et sa non-toxicité en font un candidat idéal pour les films en couches minces et les cellules solaires à base de points quantiques. Cependant, l’efficacité du CIS semble avoir atteint un plateau. Pour continuer à améliorer la prochaine génération de cellules à base de CIS et aller au-delà de cette limite, une compréhension claire de l’impact des méthodes de fabrication sur les propriétés des dispositifs est nécessaire.

a) Carte de la PL intégrée du dispositif, b) spectres de PL des régions sélectionnées sur la zone étudiée. Adaptée de [3].
Fig. 1 - a) Carte de la PL intégrée du dispositif, b) spectres de PL des régions sélectionnées sur la zone étudiée. Adaptée de [3].

Dans cet esprit, des chercheurs de l’IPVF (anciennement l’IRDEP - Institut de Recherche et Développement sur l’Énergie Photovoltaïque) ont caractérisé des cellules multicristallines de CuInS2 grâce à l’imagerie en photoluminescence (PL) résolue spectralement et spatialement. La plate-forme hyperspectrale (IMA) fournit une grande résolution spectrale (< 2 nm) et spatiale (~µm). Le dispositif est uniformément excité par un laser à 532 nm sur l’ensemble du champ de vue sous l’objectif du microscope. La figure 1 a) présente la carte de PL intégrée du dispositif et la figure 1 b) présente les spectres de PL des régions sélectionnées sur la zone étudiée. La modalité d’imagerie globale met de l’avant rapidement les inhomogénéités spatiales de l’échantillon. Avec cette technique, les chercheurs sont en mesure d’inspecter spatialement plusieurs propriétés. En effet, les maxima de PL permettent d’obtenir des cartes détaillées de la bande interdite et des fluctuations de la séparation du quasi-niveau de Fermi [3]. Les chercheurs de l’IPVF sont en mesure d’obtenir des cartes détaillées des propriétés optoélectroniques (EQE, Voc, etc.) de leurs dispositifs grâce à une méthode unique de calibration absolue et ainsi d’améliorer les techniques de fabrication.

Pour plus d’information, contactez info@photonetc.com

[1] Scheer, R., Walter, T., Schock, H. W., Fearheiley, M. L., & Lewerenz, H. J. (1993). CuInS2based thin film solar cell with 10.2% efficiency. Applied Physics Letters, 63(24), 3294–3296.

[2] Suriakarthick, R., Nirmal Kumar, V., Indirajith, R., Shyju, T. S., & Gopalakrishnan, R. (2014). Photochemically deposited and post annealed copper indium disulphide thin films. Superlattices and Microstructures, 75, 667–679.

[3] A. Delamarre, L. Lombez, J.F. Guillemoles, M. Verhaegen, B. Bourgoin. (2011). Characterisation of solar cells using hyperspectral imager, poster presented during PVSEC2011 conference. EDF, IRDEP , CNRS, ParisTech and Photon etc.

[4] Delamarre, A., Paire, M., Guillemoles, J.-F., & Lombez, L. (2014). Quantitative luminescence mapping of Cu(In, Ga)Se2 thin-film solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 23(10), 1305–1312.