Résumé
Cette thèse porte sur l'optimisation des cellules photovoltaïques à base de CIGS pour des applications indoor. La composition des couches minces de CIGS peut être ajustée pour répondre aux exigences spécifiques du photovoltaïque en intérieur, où les spectres lumineux des éclairages artificiels diffèrent significativement de celui du soleil, étant centrés sur le domaine visible et dépourvu de rayonnement infrarouge, avec une irradiance beaucoup plus faible (comprise entre 1 et 10 W/m², contre 1000 W/m² pour le spectre solaire AM1.5G). Dans ce cas, le modèle de Shockley-Queisser prédit une bande interdite optimale entre 1,8 et 2 eV, plus large que celle adaptée au spectre solaire (1,2- 1,4 eV). La bande interdite du CIGS peut non seulement varier entre 1,0 et 1,7 eV en augmentant la teneur en gallium, mais sa résistivité peut également être augmentée en réduisant sa teneur en cuivre, ce qui améliore la performance des cellules sous très faible irradiance. La réduction du cuivre permet également d'augmenter davantage l'énergie du gap, et d’atteindre environ 2 eV. En plus, le CIGS présente l'avantage d'être un matériau semi-conducteur stable et maitrisé à l'échelle industrielle.Nous avons développé des cellules solaires CIGS par un processus de coévaporation en une seule étape, avec des rapports [Cu]/([Ga]+[In]) aussi bas que 0,1 et des teneurs en gallium comprises entre 0,28 et 1. Ces variations de composition, en particulier la réduction du cuivre, ont conduit à la formation d'un composé lacunaire ordonné en plus de la structure chalcopyrite typique du CIGS standard, comme l'ont montré les analyses par diffraction des rayons X. Cependant, nous avons réussi à fabriquer des cellules solaires CGS pauvres en cuivre, monophasées, avec une bande interdite supérieure à 1,8 eV, mesurée par l'efficacité quantique externe et la transmission optique. Les résultats électriques montrent que les cellules CIGS pauvres en cuivre, avec une résistivité multipliée par un facteur 100 par rapport au CIGS stœchiométrique, présentent des performances significativement améliorées sous éclairage intérieur, indépendamment de la teneur en gallium. Nous avons appliqué un modèle intégrant un circuit électrique à une diode, combiné à une fonction de collection, pour représenter avec précision les caractéristiques IV sur trois ordres d'illuminance. Nos meilleures cellules ont atteint une puissance maximale d'environ 3,5 µW/cm² à 200 lux, avec une Vmax améliorée de 0,2 V à 0,5 V, à mesure que la bande interdite augmente avec la teneur en gallium. La détection d'une caractéristique IV en forme de S dans les dispositifs avec un absorbeur CGS de 2 eV suggère que les interfaces (jonction p-n et contact arrière) nécessitent des optimisations technologiques supplémentaires.