Étude par voltammétrie cyclique des conditions d'électrodéposition de phosphure de zinc pour des applications photovoltaïques

Le phosphure de zinc (Zn3P2) présente plusieurs propriétés d'intérêt pour les applications photovoltaïques : sa bande interdite est à structure directe et a une valeur de 1.5 eV qui correspond à l'optimum de conversion du spectre solaire, son coefficient d'absorption est important, et ses constituants sont abondants, non toxiques et peu onéreux. Son utilisation à grande échelle à l'état actuel de l'art est toutefois principalement limitée par (i) la disponibilité de procédés de préparation du matériau pouvant facilement être utilisés à l'échelle industrielle, et (ii) la disponibilité de techniques permettant la préparation d'hétérojonctions à rendement élevé. En ce qui a trait aux techniques de préparation, l'électrodéposition présente un intérêt particulier, puisque la technique est généralement peu couteuse, non polluante et facilement reproductible. Toutefois, la faisabilité de la préparation du Zn3P2 par électrodéposition n'est pas clairement établie dans la littérature. La présente recherche étudie les conditions d'électrodéposition de Zn3P2 en solution aqueuse à partir de précurseurs de zinc et phosphore. Dans cette approche il a été considéré que la formation de Zn3P2 procède par co-électrodéposition de Zn et de P suivie d'une réaction chimique entre les 2 espèces. Dans un premier temps, le travail a porté sur la détermination des zones de stabilité thermodynamique de Zn3P2 en établissant les diagrammes de Pourbaix suivants qui ont été obtenus à l'aide du logiciel FACT-SAGE : i) détermination et identification de la région de stabilité thermodynamique des systèmes Zn – H2O, P – H2O et système Zn – P - H2O pour différentes valeurs de concentration de zinc et de phosphore; ii) Étude de la région de stabilité des supports de verre conducteurs à partir des systèmes Sn – H2O, Sn – F – H2O, Sn – In – H2O, et du cuivre à partir des systèmes Cu – H2O; iii) études des interactions du systèmes Zn – P avec les espèces en solution : systèmes Zn – P – Na – H2O, Zn – P – Cl – H2O, Zn – P – S – H2O, Zn – P – N – H2O, Zn – P – Sn – H2O, Zn – P – Cu – H2O; iv) études des interactions du support avec les espèces en solution : systèmes Sn – Na – H2O, Sn – Cl – H2O, Sn – S – H2O, Sn – N – H2O. Les supports ont été caractérisés par voltammétrie cyclique. Les solutions contenant les précurseurs de Zn3P2 ont été caractérisées électrochimiquement et les pics d'oxydation et de réduction de leur voltammogramme ont été identifiés. Les positions de ces pics ont été utilisées pour fixer les potentiels d'électrodéposition. Plusieurs échantillons ont été électrodéposés et analysés par MEB (Microscopie électronique à balayage), EDS (spectroscopie d'énergie dispersive), diffraction des rayons X.