Bâtis PVD pour la fabrication de cellules solaires CIGS

(mise à jour 7 avril 2021)

L’IMN est équipé de systèmes dédiés à la synthèse de l’ensemble des couches minces qui constituent une cellule solaire photovoltaïque à base de matériaux à structures chalcopyrite (i.e. Cu(In,Ga)(Se,S)₂). Ces bâtis, permettant des croissances homogènes sur des substrats de 10 x 10 cm², sont présentés dans l’ordre utilisé pour la fabrication des dispositifs, à savoir :

Substrat/Mo/CIGS/couche tampon/Oxyde transparent résistif/Oxyde transparent conducteur/grilles de contact

Les substrats que nous utilisons de manière standard sont des substrats de verre sodo-calcique.

Croissance de couches minces de Mo

Les substrats sont nettoyés et séchés au laboratoire avant d’être introduits dans l’enceinte dédié au dépôt du contact arrière de molybdène :

Bâti de croissance de couches minces de Mo par pulvérisation cathodique DC magnétron.

Ce système est équipé d’une cathode de 8 pouces avec un plateau tournant permettant de déposer
séquentiellement sur 10 substrats de 10 x 10 cm².

Croissance des absorbeurs (CIGS)

Le laboratoire est équipé de 4 bâtis dédiés à la croissance de CIGS, deux dédiés aux séléniures et deux dédiés aux sulfures. Les croissances sont réalisées par co-évaporation à partir de sources ponctuelles.

BAK 540 : croissance de séléniures		BAK 650 : croissance de sulfures

Croissance des couches tampons

Les couches tampons sont les partenaires de type N des absorbeurs de type P pour former la jonction PN indispensable au bon fonctionnement des dispositifs photovoltaïques. Nous pouvons faire croître ces couches tampons par bain chimiques (CBD-CdS et CBD-ZnOS). Nous sommes aussi équipés de systèmes permettant de réaliser des traitements dits post-dépôt de l’absorbeur avec ou sans exposition à l’atmosphère de ces derniers.

 Image du micro-pilote permettant la croissance des absorbeurs séléniés (chambre de gauche) puis le transfert
de ces derniers dans la chambre dédiée aux traitements post-dépôt (chambre de droite) à travers le sas (chambre centrale).
La chambre de droite permet aussi de faire croitre des couches tampons sulfures par voie sèche sous vide.

Une fois la couche tampon réalisée, nous recouvrons l’empilement par des oxydes de différentes natures.

Croissance des oxydes

Nous disposons de deux bâtis dédiés à la croissance des oxydes. Un bâti avec deux cathodes RF magnétron de 8 pouces ; la première équipé d’une cible de ZnO et la deuxième de ZnO:Al. L’autre bâti est plus exploratoires, sa cathode de 3 pouces permet des croissances de ZnMgO, TiO₂, SnO₂, ZnSnO … sur des échantillons de plus petite taille.

Bâti de croissance équipé de cathodes de 8 pouces		Bâti de croissance équipé d’une cathode de 3 pouces

Enfin, nos dispositifs sont recouverts de grilles de contact.

Croissance de contacts métalliques

Nous disposons de deux bâtis dédiés à la croissance de contacts métalliques donc les photos et caractéristiques sont présentées ci-dessous.

Système de croissance de contacts métalliques par évaporation par canon à électrons. Les deux canons (10 kV) installés permettent de réaliser des dépôts de métaux (Ni, Al, …) sur des surfaces de 20 x 20 cm².		Bâti de dépôt de couches minces métalliques par effet joule.

Nous avons aussi la possibilité de déposer des fluorures (eg. MgF₂) par évaporation thermique, ces couches minces servent généralement de couches antireflets.