Cibles de pulvérisation CIGS : Matériaux pour cellules solaires à couche mince à haut rendement

Introduction

Le diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium est bien connu dans le monde des cellules solaires à couche mince. Les chercheurs et les ingénieurs utilisent des cibles de pulvérisation sur ce composé pour une conversion énergétique à haut rendement. Cet article donne une vision claire des matériaux et des méthodes utilisés avec ces cibles de pulvérisation. Il explique la composition de base des matériaux et les procédés simples utilisés.

Composition des cibles de diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium

Lediséléniure de cuivre, d'indium et de gallium, souvent appelé CIGS, est un composé de cuivre, d'indium, de gallium et de sélénium. Le rapport entre ces éléments est important. Un mélange équilibré garantit des films uniformes et de haute qualité sur les cellules solaires. Par exemple, une cible contenant 24 % de cuivre, 21 % d'indium, 12 % de gallium et 43 % de sélénium a été largement utilisée. Des compositions différentes peuvent modifier les performances du film. De nombreux ingénieurs s'appuient sur des mesures précises comme celles-ci pour parvenir à un bon équilibre dans la conversion de l'énergie. Ces matériaux sont choisis pour leur robustesse et leur capacité à bien fonctionner ensemble.

Méthodes de fabrication des cibles de pulvérisation du diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium

Il existe plusieurs façons de fabriquer des cibles de pulvérisation CIGS. Une méthode courante consiste à presser des poudres pour leur donner une forme dense, puis à les fritter à haute température. Ce processus permet de lier les éléments par des liaisons solides. L'étape de pressage permet d'obtenir une bonne base pour la poudre. Le frittage la transforme ensuite en un matériau solide. Cette méthode est utilisée depuis des décennies dans les laboratoires de production de couches minces. Une autre approche consiste à utiliser des solutions chimiques. Ici, les produits chimiques se combinent et réagissent sur un substrat pour former la cible. D'autres méthodes incluent le traitement sous vide et la coévaporation. Nombre de ces méthodes permettent de contrôler la microstructure et d'améliorer l'exhaustivité du film lorsqu'il est pulvérisé.

Techniques de dépôt utilisant des cibles de diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium

La pulvérisation joue un rôle majeur dans le dépôt de films minces de CIGS. Lors de la pulvérisation, les particules quittent la cible et arrivent sur le substrat. La pulvérisation à courant continu est principalement utilisée pour les matériaux conducteurs. La pulvérisation par radiofréquence convient bien aux cibles moins conductrices. Le vide dans la chambre de dépôt facilite la formation de films purs. Un contrôle minutieux de la pression et de la puissance garantit l'homogénéité du film. La méthode depulvérisation par radiofréquence en est un bon exemple. Il a été démontré qu'elle permet de créer des films présentant moins de défauts. Ces conditions contrôlées permettent de gérer la qualité et l'efficacité des cellules solaires produites.

Avantages des cellules solaires à base de diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium

Les cellules solaires à base de CIGS présentent de nombreux avantages. Elles fonctionnent bien dans différentes conditions d'éclairage. Elles sont souples et légères lorsqu'elles sont fabriquées correctement. De nombreuses fermes solaires et même des installations sur les toits utilisent ces cellules. Leur rendement de conversion élevé permet de produire plus d'énergie à partir de la même surface d'ensoleillement. En outre, les cellules CIGS tolèrent mieux les ombres partielles que beaucoup d'autres types de cellules. Leur fiabilité en fait un produit de prédilection pour les petits et les grands systèmes. L'utilisation de cibles de pulvérisation cathodique permet de maintenir les coûts de production à un niveau bas tout en offrant de bonnes performances. Cela fait du CIGS une option intéressante pour de nombreux projets énergétiques.

Facteurs de performance liés à la qualité de la cible

La qualité de la cible de pulvérisation a une incidence sur le film final. L'uniformité de la cible se traduit par une épaisseur et une composition constantes du film. Lorsque le film est uniforme, les cellules solaires fonctionnent mieux et durent plus longtemps. Les impuretés ou les défauts de la cible peuvent provoquer des points faibles dans le film. Ces points faibles peuvent réduire l'efficacité globale de la cellule. Au cours de mes nombreuses années de travail, j'ai constaté que même de petits changements dans la qualité de la cible peuvent affecter considérablement les performances. Des techniques de contrôle avancées dans un environnement de production permettent de s'assurer que chaque cible répond à des normes strictes.

Conclusion

Les cibles de pulvérisation dediséléniure de cuivre, d'indium et de gallium offrent un moyen simple de fabriquer des cellules solaires à couche mince à haut rendement. Les matériaux utilisés sont choisis pour leur équilibre et leur durabilité. Diverses techniques de fabrication permettent de répondre aux différents besoins de production. Le dépôt par pulvérisation cathodique permet d'obtenir des films performants. Le succès global des cellules solaires à base de CIGS dépend de la qualité des cibles de pulvérisation. Ces cibles sont essentielles à la production de cellules solaires fiables et efficaces. Une approche minutieuse de la sélection et de la préparation des matériaux permet d'obtenir de meilleures solutions énergétiques. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Questions fréquemment posées

F : À quoi sert le diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium dans les cellules solaires ?
Q : Il est utilisé comme couche active dans les cellules solaires à couche mince en raison de sa forte absorption de la lumière.

F : Comment la cible de pulvérisation est-elle fabriquée ?
Q : La poudre est pressée en forme et frittée à haute température pour former une cible dense.

F : Pourquoi la qualité de la cible est-elle importante ?
Q : Des cibles de haute qualité garantissent l'uniformité des couches minces, ce qui améliore l'efficacité des cellules solaires.