Le 31 mars 2015, Thibaut Martini a soutenu une thèse de doctorat de l’Université de Grenoble (spécialité Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés). Cette thèse a été préparée au Laboratoire Génie des Procédés Papetiers (LGP2) sous la direction d’Anne Blayo, Enseignant-chercheur, et de Céline Martin, Maître de Conférences, (Grenoble INP-Pagora), et au CEA de Grenoble, sous la direction de Konstantin Tarasov, Chercheur. Thibaut Martini a présenté les résultats de sa recherche intitulée Étude de la formulation d’encre à base de précurseurs Cu, Zn, Sn S et du recuit de cristallisation pour le dépôt hors vide de couches photovoltaïques. La kësterite (CZTS) est un matériau semi-conducteur composé uniquement d’éléments abondants. Son gap direct compris entre 1.0 et 1.5 eV en fait un excellent candidat pour remplacer les absorbeurs actuellement utilisés dans les modules photovoltaïques en couches minces.
Cette thèse décrit la fabrication de couches minces de kësterite par impression de nanoparticules suivie d’un recuit de cristallisation. Différentes synthèses hydrothermales de nanoparticules ont été développées, dont certaines en réacteur à flot continu, en vue d’un développement à plus grande échelle. L’influence des types de précurseurs et des conditions de synthèse sur la composition chimique des particules est étudiée et leur pureté est évaluée.
Le comportement en dispersion colloïdale est ensuite caractérisé et trois fonctionnalisations de surface à base de dodecanethiol, dodecyl pyrrolidone et anions sulfures sont présentées.
Ces stabilisations permettent de fabriquer une encre jet d’encre et spray adaptée au dépôt sur molybdène. Les couches imprimées et séchées sont recuites sous atmosphère de soufre. Des recuits d’au moins 120 minutes sont nécessaires. Cependant, la croissance des couches est hétérogène lorsque celles-ci sont imprimées avec les nanoparticules stabilisées par le dodecanethiol et le dodecyl pyrrolidone. La présence de carbone dans les couches, identifiable par spectroscopie Raman, inhibe la croissance du matériau. Seules les couches minces imprimées à l’aide de nanoparticules purifiées et stabilisées par anions sulfures permettent la croissance homogène du matériau lors du recuit.
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