De nos jours, et après plus de quatre décennies de recherche et développement de la technologie CIS, une concurrence directe avec la technologie silicium est toujours loin d'être gagnée; néanmoins, il existe certains marchés de niche où la technologie silicium ne peut pas être utilisée ou est moins appropriée. Les procédés de fabrication actuels présentent certains inconvénients: (i) certain(e)s matériaux et/ou techniques utilisé(e)s ont une forte empreinte environnementale, (ii) certains matériaux alternatifs développés sont coûteux, (iii) certaines techniques utilisées ne sont pas facilement industrialisables ou basées sur l'utilisation d'atmosphères toxiques. Ce travail de thèse présente une stratégie de transition vers un processus basé exclusivement sur l’utilisation à la fois de la pulvérisation cathodique et de matériaux respectueux de l'environnement. Dans ce cadre, nous avons utilisé la pulvérisation cathodique pour déposer le contact arrière en molybdène. Nous avons développé un nouveau procédé de dépôt de la couche absorbante basé sur l’utilisation de la pulvérisation, à température ambiante et à partir d'une seule cible quaternaire sans apport supplémentaire de sélénium. Nous avons également développé des procédés de pulvérisation à température ambiante pour déposer la couche tampon (ZnSxO1-x) et la couche fenêtre (i-ZnO/AZO). Plusieurs techniques de caractérisation (XRD, SEM, FIB-SEM, EDX, Raman, SIMS, Effet Hall, GDOES, UV-Vis, et IV) ont été utilisées pour étudier l'effet des conditions de dépôt sur les propriétés des couches minces ainsi que pour caractériser les cellules solaires finales dont le meilleur résultat obtenu sur l'efficacité est proche de 12%. / Nowadays, and after more than four decades of research and development of the CIS based technology, a direct competition with silicon technology is still far from being won; however there exists some niche markets where the silicon technology cannot be used (flexible photovoltaic) or less favourable (BIPV). The current fabrication processes are still suffering from some drawbacks: (i) some of the used materials and/or techniques have a large environmental footprint (CBD-CdS/CBD-ZnSxO1-x), (ii) some developed alternatives are expensive (evaporated InxSy), (iii) the used techniques are not easily up scalable (evaporation) or based on the use of toxic atmospheres (Se based). This PhD work presents our strategy in moving towards a full sputtering process and in using only environmentally friendly materials. In this framework, we kept using standard material and process for the deposition of the back contact layer. We developed a new process for the deposition of the absorber layer which is based on pulsed DC-magnetron sputtering at room temperature from a single quaternary target without any additional selenium supply, followed by an annealing under inert atmosphere. We developed a room temperature sputtering process for the deposition of the ZnSxO1-x buffer layer. We also developed our appropriate pulsed DC and RF sputtering processes for the deposition of the window layer. Several characterisation techniques (XRD, SEM, FIB-SEM, EDX, Raman, SIMS, Hall Effect, GDOES, UV-Vis, and I-V) have been used to investigate the effect of deposition conditions on thin films properties as well as to characterize the final solar cells which best efficiency result is slightly under 12%.

Ce travail de thèse s'insère dans la Recherche et Développement du Photovoltaïque. L'objectif était d'étudier, développer et optimiser un nouveau procédé plasma de dépôt pour l'élaboration de couches minces d'oxyde de zinc (ZnO) pour l'application de couche fenêtre dans les cellules solaires de type Cu(In,Ga)Se2. La particularité de ce procédé est de réaliser rapidement des couches d'oxyde (≥ 0,6 nm/s) à partir d'une solution aqueuse de précurseurs non toxiques, interagissant, sous forme de gouttes, avec le plasma. La faisabilité du dépôt de ZnO par le réacteur plasma basse puissance (LPPR) a été vérifiée en obtenant des couches de ZnO homogènes, cristallines et transparentes grâce à l'optimisation des paramètres du réacteur. Le diagnostic du réacteur plasma et la modélisation/simulation du réacteur nous ont permis de constater que l'état physique et la taille des gouttes influent sur la qualité des couches d'oxyde. Des cellules solaires ont été réalisées permettant de valider la qualité des couches de ZnO obtenues via notre procédé plasma. Les meilleurs rendements sont d'environ 14 % ce qui est très prometteur pour les recherches futurs. L'étude du dopage de type N du ZnO a été abordé dans le but de réaliser une couche fenêtre complète par le réacteur LPPR. Cependant beaucoup d'améliorations et d'études restent à faire telles que la mise en place d'un système d'injection sophistiqué, ou encore l'investigation approfondie sur le dopage. Néanmoins une étude des coûts matières/énergie du procédé a été réalisée afin de pouvoir positionner le réacteur plasma parmi les autres techniques employées pour la réalisation de cellules CIGS. / This work is part of the Research and Development of Photovoltaic. The aim was to study, develop and optimize a new deposition plasma process for the elaboration of zinc oxide thin layers (ZnO) as the window layer in Cu(In,Ga)Se2 solar cells of. The particularity of this process is to quickly realize oxide layers (≥ 0.6 nm/s) from an aqueous solution of non-toxic precursors, interacting in the form of droplets, with the plasma. The feasibility of the ZnO deposition by the low power plasma reactor (LPPR) was checked by obtaining homogeneous, crystalline and transparent layers of ZnO thanks to the optimization of reactor parameters. The diagnostic and modeling / simulation of the plasma reactor allowed us to see that the physical state and droplet size affect the quality of the oxide layers. Solar cells were created to validate the quality of ZnO layers obtained via our plasma process. The best obtained efficiency is about 14% which is very promising for future research. The study of doping N type ZnO was addressed in order to achieve a complete window layer by LPPR reactor. However many improvements and studies are still needed, such as the establishment of a sophisticated injection system, or the thorough investigation on doping. Nevertheless a cost study about material/energy of the process was conducted in order to place the plasma reactor among other techniques used for the production of CIGS solar cells.