Synthèse et étude des matériaux Cu(Al.Ga)Te2 à structure chalcopyrite en couches minces

Cette thèse est composée de deux parties. Dans la première partie, des films minces de CuAlxGa1-xTe2 ont été déposés par évaporation thermique sur des substrats en verre, utilisant des poudres de CuAlxGa1-xTe2 pré-synthétisées comme sources de matériaux. Les poudres initiales de CuAlxGa1-xTe2 utilisées ont été synthétisées par broyage à billes planétaires des poudres des éléments sources (Cu, Al, Ga et Te). L'influence de la quantité d'Al sur les propriétés physiques des poudres CuAlxGa1-xTe2 et leurs dépôts a été étudiée. Les résultats des études par diffraction des rayons X (DRX) ont révélé que toutes les poudres et les films minces élaborés étaient polycristallins, possédant une structure tétragonale de type chalcopyrite avec une orientation préférentielle suivant le plan (112). La taille des cristallites et les paramètres de maille diminuent linéairement avec l'augmentation de la quantité d'Al, satisfaisant ainsi la loi de Vegard. En revanche, la bande interdite optique des films minces de CuAlxGa1-xTe2 a montré une augmentation linéaire de l’énergie du gap (Eg = 1.23 à 1.65 eV) avec l'augmentation de la quantité d'Al. Il a également été constaté que tous les films présentent un coefficient d'absorption relativement élevé dans la région visible (α ˃ 104 cm-1), ce qui indique qu'ils sont appropriés pour des applications photovoltaïques. Dans la seconde partie, des calculs Ab-initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de densité DFT (Density Functional Theory) ont été réalisés pour prévoir les propriétés structurales et électroniques des semi-conducteurs CuAlxGa1-xTe2 en utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à plein potentiel FP-LAPW (Full-Potential Linearized Augmented PlaneWave). Nous avons utilisé le potentiel d’échange et de corrélation (XC) avec la méthode GGA Approximation pour calculer les propriétés structurales. En plus, l'approximation de Becke Johnson modifiée mBJ a également été utilisée pour les calculs de structure de bande. Les résultats obtenus ont révélé que la variation des paramètres cristallins et de la bande interdite avec l'augmentation de la quantité d'Al étaient en bon accord avec les résultats expérimentaux

Elaboration et étude des propriétés des matériaux pour les applications photovoltaïques

L’objectif de ce travail de thèse est l’élaboration des couches minces de CuIn3Se5 par la méthode d’évaporation thermique à partir des poudres broyées et l’étude de l’effet du recuit sur les propriétés physico-chimiques des couches minces de CuIn3Se5. Les couches minces obtenus ont été caractérisés par DRX, microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS), microscopie à force atomique (AFM), spectroscopie ultraviolet-visible (UV/Vis) et mesures électriques à effet Hall. Les résultats obtenus montrent que le processus de recuit sous vide a un effet remarquable sur les propriétés structurelles, morphologiques, compositionnelles, optiques et électriques des films de CuIn3Se5. Comparativement au film non recuit, le film recuit de CuIn3Se5 a montré une bonne stœchiométrie et cristallisation, une morphologie compacte et dense, une surface rugueuse avec une grande taille de grain, un coefficient d'absorption élevé (α > 104 cm-1 ) avec une bande interdite d'énergie de 1,27 eV. Les analyses optiques du film recuit ont révélé que les valeurs du coefficient d'extinction k sont plus élevées par rapport à celles du film non recuit. La mesure de l'effet Hall a indiqué que les films minces de CuIn3Se5 préparées sans et avec recuit ont une conductivité de type n. La mobilité et la concentration en porteurs ont augmenté après le recuit tandis que la résistivité a diminué. Les couches minces CuIn3Se5 obtenus avec des propriétés appropriées en font un matériau semi-conducteur prometteur pour les applications de cellules solaires photovoltaïques.