GENERALITES SUR LES CELLULES SOLAIRES A BASE DE CZTS

 L’énergie solaire est une source d’énergie attractive, elle ne produisent pas d’émissions nocives. Le rayonnement solaire reçu par la terre représente plus de 10000 fois la consommation mondiale. Il s’agit donc d’une énergie abondante, renouvelable, qui pourrait parfaitement couvrir la totalité ou une part importante de nos besoins énergétique du futur. Nous allons décrire le principe de fonctionnement des cellules solaires photovoltaïques. Ensuite nous exposerons la structure d’une cellule à base du substrat et afin celle de la couche tampon et de la couche fenêtre I.2. Effet photovoltaïque : L’énergie photovoltaïque (PV) est la transformation directe de l’énergie solaire en énergie électrique. Contrairement à l’énergie solaire passive, qui utilise les éléments structuraux d’un bâtiment pour mieux le chauffer (ou le refroidir), et de l’énergie solaire active, qui utilise un caloporteur (liquide ou gazeux) pour transporter et stocker la chaleur du Soleil (on pense au chauffe-eau), l’énergie photovoltaïque n’est pas une forme d’énergie thermique. Elle utilise une photopile pour transformer directement l’énergie solaire en électricité. Figure I 1: Présentation énergétique de l’effet photovoltaïque

Les cellules solaires 

Avantages et inconvénients de l’énergie photovoltaïque

La technologie photovoltaïque présente un grand nombre d’avantages et d’inconvénients [1]. Les avantages Une haute fiabilité ; les modules sont garantis pendant 25 ans par la plupart des constructeurs. Elle ne comporte pas de pièces mobiles, qui la rendent particulièrement appropriée aux régions isolées. C’est la raison de son utilisation sur les engins spatiaux. Le caractère modulaire des panneaux photovoltaïques permet un montage simple et adaptable à des besoins énergétiques divers. Leurs coûts de fonctionnement sont très faibles vu les entretiens réduits et ils ne nécessitent ni combustible, ni transport, ni personnel hautement spécialisé. Les inconvénients Le système photovoltaïque présente toutefois des inconvénients [1]. La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologie et requiert des investissements d’un coût élevé. L’occupation de l’espace pour les installations de grandes dimensions. Le rendement réel de conversion d’un module est faible (la limite théorique pour une cellule au silicium cristallin est de 28 %). Enfin, lorsque le stockage de l’énergie électrique sous forme chimique (batterie) est nécessaire, le coût du générateur photovoltaïque est accru.

Structure

Figure I 2 : Schéma de la structure CZTS étudiée : Conception de référence (CdS/CZTS) [2]. Cette figure montre la structure des cellules solaires utilisées dans cette étude. La structure commence par une couche de verre sodocalcique qui est utilisée comme substrat. La couche de molybdène (Mo) est déposée sur le substrat par la technique d’évaporation par faisceau d’électrons. Suivi d’une couche absorbante CZTS de 2.5 µm d’épaisseur qui est utilisée pour absorber la plupart des photons incidents afin de produire des paires électrontrou. La couche tampon CdS d’épaisseur 0.05 µm dopée est déposée sur la couche absorbante pour assurer l’alignement de la bande avec l’absorbeur CZTS. Par la suite, une couche fenêtre d’oxyde de zinc (ZnO) de 0.12 µm d’épaisseur, moins coûteuse et très disponible, est utilisée pour améliorer la diffusion de la lumière. Il permet essentiellement l’utilisation efficace de la lumière du soleil en maximisant le nombre de photons incidents dans les couches tampons et absorbantes [3]. La variante la plus courante est le ZnO dopé Al (AZO) qui est très conducteur et très transparent dans la région spectrale visible (VIS) [4,5]. L’utilisation de la couche de contact AZO réduit la quantité de lumière pouvant être utilisée pour une conversion d’énergie efficace dans les cellules solaires à film mince à base d’absorbeur Cu2ZnSnS4 à faible bande interdite, par exemple ≤ 1,2 eV.