L’objectif de ces travaux est d’étudier et de développer des cellules solaires à base de couches minces de CIGS élaborées sur un substrat innovant : le verre ultra-fin. Ce matériau possède des propriétés avantageuses, liées notamment à sa résistance aux températures élevées, à sa légèreté, à son aptitude à bloquer l’humidité, à sa transparence et à une certaine flexibilité mécanique. Nous avons ici cherché à exploiter ces propriétés pour la fabrication de cellules CIGS légères et conformables. D’abord, nous montrons la faisabilité de cellules CIGS sur des substrats en verre ultra-fin de 100 mm d’épaisseur. Nous obtenons un rendement de 12,1 % en utilisant une électrode arrière en bicouche composée d’une couche de Mo pure et d’une couche contenant du sodium, ce qui constitue le record actuel pour la technologie CIGS sur verre ultra-fin. Nous montrons ensuite que les performances des cellules peuvent se détériorer sous l’effet de flexions mécaniques répétées avec un rayon de courbure de 5 cm, en partie en raison de la formation de fissures dans les cellules. Nous présentons ensuite une étude sur les propriétés mécaniques du Mo et du CIGS, réalisée à partir d’essais de nanoindentation. La dureté et le module de Young de ces deux couches sont reportés ainsi que, pour la première fois, la ténacité et les contraintes résiduelles du CIGS. Ces résultats sont ensuite utilisés pour calculer les contraintes générées dans le CIGS lors de la flexion des cellules. Enfin, nous proposons une structure bi-verre optimisée pour limiter les contraintes dans le CIGS en flexion. / The goal of this work is to study and to develop CIGS thin-film solar cells on an innovative substrate: the ultra-thin glass. This material has advantageous properties, mainly attributed to its high temperature resistance, its lightweight, its barrier property against moisture, its transparency and its mechanical flexibility. Here we tried to use these properties for the fabrication of lightweight and conformable CIGS solar cells. First, we demonstrate the feasibility of CIGS solar cells on 100 mm-thick ultra-thin glass substrates. We reached 12.1 % efficiency by using a bilayer back contact consisting of a pure Mo layer and a sodium doped Mo layer, which is up to now the record efficiency for CIGS solar cells on ultra-thin glass substrate. Then we show that solar cell performances can deteriorate under cyclic bending fatigue conditions with a radius of curvature of 5 cm. This is partially explained by the formation of cracks in the cells. Then, we report on the mechanical properties of the Mo and the CIGS layers measured by nanoindentation. The hardness and the Young’s modulus of each layer is given and, for the first time, the toughness and the residual stresses of the CIGS. These results are then used to calculate the CIGS internal stresses when the cells are bent. Finaly, we propose a glass-glass structure optimized to lower the CIGS internal stresses under bending.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2016GREAI077 |
| Date | 11 October 2016 |
| Creators | Gerthoffer, Arnaud |
| Contributors | Grenoble Alpes, Perraud, Simon |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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