Modélisation et investigation numériques d’une cellule solaire à couches minces de Cu2ZnSnS4 : mécanismes de pertes et couches tampons alternatives

Abstract

Ces travaux portent sur l’investigation numérique, à l’aide du code SCAPS-1D (Solar Cell Capacitance Simulator in 1 Dimension), des mécanismes de pertes et sur la probable possibilité de remplacement de la couche tampon CdS par des couches tampons alternatives dépourvues de cadmium, en l’occurrence celles des composés (Zn,Mg)O et Zn(O,S) dans les cellules solaires à couches minces de Cu2ZnSnS4. Il ressort que, pour un certain nombre de raisons liées aux propriétés structurales, électriques et optiques du composé Cu2ZnSnS4, l’épaisseur de l’absorbeur doit être au plus égale à 600 nm pour espérer obtenir des photopiles à haut rendement de conversion photovoltaïque au-delà de 15%. De plus, l’augmentation du dopage affecte positivement la tension en circuit ouvert et le facteur de forme. Néanmoins, un dopage de moins de 1016 𝑐𝑚−3 est bénéfique pour les cellules solaires à base de Cu2ZnSnS4, spécialement pour des absorbeurs ultra-minces. On note également des forts courants de recombinaison au niveau du contact arrière et dans la masse de l’absorbeur, estimés à 3,6 mA/cm2 et 2,1 mA/cm2 respectivement. En outre, les couches tampons alternatives, avec des taux de magnésium et de soufre appropriés, 25% pour le magnésium et supérieur à 30% pour le soufre, pourraient être de véritables atouts pour lesdites cellules solaires.