Electro Deposition of Cuprous Oxide for Thin Films Solar Cell Applications

Des couches semi-conductrices d'oxyde de cuivre de type p et de type n pour des applications photovoltaïques ont été fabriquées par voie électrochimique avec des approches nouvelles. Les couches minces ont été électro-déposées par polarisation cathodique sur une feuille de cuivre et des substrats d'oxyde d'indium-étain (ou oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO)). Les conditions optimales de dépôt (composition, pH et température de l'électrolyte, domaine de potentiel à appliquer) des couches sous forme de films minces ont été identifiée, En particulier les conditions qui permettent d'avoir des couches de type n ont été bien identifiée pour la première fois. La configuration d'une pile photo-électrochimique a été utilisée pour caractériser la réponse spectrale des couches. Il a été montré que les couches p délivre un photo-courant dans le domaine cathodique et les couches n dans le domaine de potentiel anodique. Les mesures des résistivités électriques des couches électro chimiquement déposées de Cu2O, de type p et n, ont montré que la résistivité du Cu2O de type p varie de 3.2×105 à 2.0×108 Ω.cm selon les conditions de dépôt telles le pH de la solution, le potentiel de dépôt et la température. L'influence de plusieurs paramètres d'électrodéposition de couches de Cu2O de type, tels que le potentiel appliqué, le pH et la température du bain, sur la composition chimique, le degré de cristallinité, la taille des grains et l'orientation a été systématiquement étudiée en utilisant la diffraction des rayons X et la microscopie électronique à balayage. Selon le potentiel d'électrodéposition, deux morphologies différentes de surface avec des orientations cristallines préférentielles variées ont été obtenues pour des températures de l'électrolyte de dépôt de 30 °C et un pH de 9.Pour la même température, les couches de Cu2O de type p, hautement cristallines, se trouvent sont obtenues à pH de 12, ce qui indique que la cristallinité dépend du pH du bain. Aussi, il a été montré que la morphologie des couches de Cu2O était modifiable en variant le potentiel et la durée de déposition, ainsi que la température de la solution. Les conditions d'électrodéposition de Cu2O de type n ont été identifies de manière systématique la première fois. L'électrolyte de déposition est à base de 0,01 M d'acétate de cuivre et 0,1 M d'acétate de sodium: a un pH compris entre 4 et 6.3, un potentiel compris entre -0,25 V vs Ag/AgCl et une température de 60oC. La température optimum de recuit des couches n est de 120-150oC pour des durées de 30 à 120 minutes. La résistivité des films de type n varie entre 5x103 et pH 4 à 5x104 à pH 6.4. Nous avons montré pour la première fois que le barbotage de l'azote dans la cellule d'électrodéposition des couches de type n améliore manière significative leur réponse spectrale. Un procédé d'électrodéposition en deux étapes à été mis en œuvre pour fabriquer la l'homo jonction p-n de l'oxyde oxyde cuivreux sur le substrat l'oxyde d'indium-étain (ITO) qui a été utilisé comme un oxyde conducteur transparent. La performance photovoltaïque d'une cellule solaire à homo-jonction p-n de Cu2O a été déterminée. Le courant en court-circuit et la tension de circuit ouvert ont été respectivement déterminés à 235 μA/cm2 et 0,35 Volt. Le facteur de remplissage (FF) et le rendement de conversion de la lumière en électricité des cellules ont été respectivement évalués à 0,305 et 0,082%.