Study of bands tails in chalcogens by measuring the optical absorption coefficient
Abstract
This internship period for 6 months within the Laboratory for Photovoltaic (LPV) of the University of Luxembourg is part of obtaining the Master degree I2E2I option «Electrical Energy» and obviously deals with renewable energy sources and especially the production of electricity. The purpose of this report is to determine by spectrophotometry and photoluminescence, the absorption coefficient of thin films of chalcopyrite type which we use in photovoltaic cells (Cu (In, Ga) Se2). The absorption coefficient allows to judge the quality of a semiconductor and is therefore a key parameter for producing the photovoltaic cell. The determination of the absorption coefficient requires several steps that are presented as follows: - Preparation of samples before each measurement that is to say the mechanical transfer films (originally on non-transparent metal substrates) on transparent substrates (glass slides). - Measurement of the thickness of thin films using a cross-section which is obtained by scanning electron microscopy (SEM). - Spectrophotometric measurement of the reflectance (R) and transmittance (T) of sample. These measurements enable to determine the absorption coefficient for high absorption values and also the refractive index. - Photoluminescence measurement at room temperature which allows to determine the optoelectronic properties of the material and can be analyzed to extract information about the parameters that directly affect the performance of solar cells such as absorption for lower energy than the width band gap.- The combination of spectrophotometric measurement and photoluminescence and their treatment using programs on the Python software which enables the extraction of the absorption coefficient on a spectral spread range.
Ce stage effectué pendant 6 mois au sein du laboratoire de photovoltaïque (LPV) de l'université de Luxembourg s'inscrit dans le cadre de l'obtention du diplôme Master I2E2I option «Énergie Électrique» et traite des sources d'énergie renouvelable et surtout de la production de l'électricité. Le but du présent rapport est de déterminer par spectrophotométrie et photoluminescence, le coefficient d'absorption a des films minces de type chalcopyrites utilisés dans la réalisation de cellules solaires photovoltaïques Cu (In, Ga) Se2 (CIGS). Le coefficient d'absorption permet entre autre de juger de la qualité d'un semi-conducteur et il est donc un paramètre clé pour la réalisation de la cellule photovoltaïque. La détermination du coefficient d'absorption nécessite plusieurs étapes qui sont présentées comme suit : - Préparation des échantillons avant chaque mesure c'est-à-dire le transfert mécanique des films (originellement sur substrats métalliques non transparents) sur substrats transparents (lames de verre). - Mesure de l'épaisseur des films minces en utilisant les vues en coupe obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB). - Mesure spectrophotométrique de la réflectance (R) et la transmittance (T) des échantillons. Ces mesures permettent de déterminer le coefficient d'absorption pour les fortes valeurs d'absorption et aussi l'indice optique. - Mesure de photoluminescence à température ambiante qui permet de donner un aperçu des propriétés optoélectroniques du matériau et peut être analysé pour extraire des informations sur les paramètres qui influent directement sur les performances des cellules solaires tels que l'absorption pour des énergies plus faible que la largeur de bande interdite. - La combinaison des mesures de spectrophotométrie et de photoluminescence et leur traitement en utilisant des programmes sur le logiciel Python permet l'extraction du coefficient d'absorption sur une gamme spectrale étendue.