Preparation and optical absorption of electrodeposited or sputtered, dense or porous nanocrystalline CuInS2 thin films

Copper indium disulphide thin films were obtained by one-step deposition with two different techniques. Films are synthesised by electrodeposition using a single electrolytic bath and by r.f. sputtering using a single target. Deposition rates were about 75 nm/min and 2.5–6.5 nm/min, respectively. Electrodeposited films have rough and porous surfaces, with no preferential orientation. Smooth or particle-covered surfaces were observed for sputtered films with a highly (112)-oriented chalcopyrite structure. Absorption coefficients calculated from transmittance spectra have high values in visible range. Electrodeposited samples present higher absorption coefficients on a larger wavelength range. A relationship between morphology and optical properties was found; absorption coefficients increase with porosity and roughness of the films. Band gap values of about 1.3 eV for electrodeposited and 1.5 eV for sputtered thin films were calculated.

RésuméDes couches minces de disulfure de cuivre et d'indium (CuInS2) ont été obtenues en une seule étape grâce à deux techniques de déposition. Les films ont été synthétisés, d'une part, par dépôt électrochimique en utilisant un bain électrolytique, d'autre part, par pulvérisation cathodique radiofréquence grâce à l'utilisation d'une cible unique de CuInS2. Les vitesses de déposition sont, respectivement, de l'ordre de 75 nm/min et de 2,5–6,5 nm/min. Les films déposés par voie électrochimique sont caractérisés par une surface rugueuse et poreuse. Aucune orientation préférentielle n'est observée. En revanche, des surfaces lisses ou couvertes de particules ont été observées pour les films obtenus par pulvérisation cathodique avec une orientation préférentielle selon la direction (112). Les coefficients d'absorption calculés grâce aux spectres de transmission optique ont des valeurs élevées dans le visible. Les échantillons obtenus par déposition électrochimique présentent un coefficient d'absorption plus élevé dans un domaine de longueur d'onde plus étendu. Une relation entre morphologie et propriétés optiques a été mise en évidence ; le coefficient d'absorption augmente avec la porosité et la rugosité de la couche. Les valeurs de band-gap calculées sont de 1,3 eV pour les couches déposées électrochimiquement et de 1,5 eV pour les couches obtenues par pulvérisation.