Elaboration de couches minces de CuO dopé La et Ce

Abstract

Dans ce travail, des couches minces de CuO dopé aux terres rares (La–Ce) ont été élaborées par la méthode Sol-Gel et déposées par la technique Spin-Coating. L’objectif principal était d’étudier l’influence du dopage sur les propriétés du CuO et d’évaluer son potentiel comme oxyde conducteur transparent (TCO) pour les applications photovoltaïques à couches minces. L’étude expérimentale a montré que le dopage La–Ce influence significativement les propriétés de surface, optiques et structurales des couches élaborées. Les mesures d’angle de contact ont révélé que toutes les couches conservent un caractère hydrophile, avec des valeurs comprises entre 30° et 42°, favorables à l’adhésion des différentes couches constituant une cellule solaire. Les analyses UV-Visible ont mis en évidence une forte dépendance des propriétés optiques au taux de dopage, la concentration de 4 % présentant l’absorbance maximale (3,696 à 270,5 nm). Les résultats de diffraction des rayons X ont également confirmé l’effet du dopage sur l’organisation structurale du matériau tout en préservant sa stabilité globale. Au regard des résultats obtenus, la concentration de 8 % en La–Ce a été retenue pour la simulation numérique, car elle présente le meilleur compromis entre les propriétés hydrophiles et structurales observées expérimentalement. L’étude numérique réalisée à l’aide du logiciel SCAPS-1D sur une cellule solaire de structure Verre/CuO:(La–Ce)/CdS/CZTSSe/Mo a permis d’évaluer l’impact de la couche TCO sur les performances photovoltaïques. Les résultats ont montré une amélioration progressive des paramètres électriques avec l’augmentation de l’épaisseur de la couche absorbante CZTSSe. Dans les conditions optimales, la cellule simulée a atteint une tension de circuit ouvert Voc d’environ 1,07 V, une densité de courant de court-circuit Jsc de 27,4 mA/cm², un facteur de forme FF de 86,3 % et un rendement de conversion η de 25,2 %. L’ensemble des résultats expérimentaux et numériques obtenus démontre que le dopage aux terres rares constitue une approche efficace pour améliorer les propriétés du CuO et renforcer son aptitude à être utilisé comme couche TCO dans les cellules solaires à couches minces. Les performances obtenues confirment le potentiel du CuO:(La–Ce) comme matériau prometteur pour le développement de dispositifs photovoltaïques à haut rendement. Comme perspectives, il serait intéressant d’approfondir l’étude des propriétés électriques des couches élaborées, d’explorer d’autres concentrations de dopage ou combinaisons de terres rares, ainsi que de réaliser expérimentalement les cellules photovoltaïques simulées afin de comparer les performances réelles aux résultats numériques obtenus.