Efficient CuInS2 (CIS) solar cells by photoelectrochemical conditioning

Two approaches for the replacement of the toxic KCN etching step in the production of CuInS2 (CIS) absorber layers are presented. The electrochemical conditioning in acidic V2+/V3+ electrolyte comprises two treatment stages, the first one being the removal of covellite (CuS) at moderate anodic potentials and the second one the dissolution of a small sacrificial layer of CIS together with copper sulphide remnants at more aggressive potentials. This procedure yields absorber layers which are 3.3% efficient in photoelectrochemical solar cells (PECS) and 8% efficient in solid-state devices. The other approach is a combined electrochemical/chemical conditioning where the free energy of formation of a Cu–EDTA complex contributes to the copper sulphide dissolution and facilitates the removal of Cu–S phases at moderate electrochemical potentials. CIS films after this conditioning yield 1.44% in PECS. To cite this article: T. Wilhelm et al., C. R. Chimie 9 (2006).

RésuméNous présentons deux approches pour remplacer le décapage par le composé toxique KCN dans la production des couches de CuInS2 utilisées comme absorbant dans les cellules solaires (CIS). Le traitement électrochimique dans un électrolyte acide contenant le couple V2+/V3+ comprend deux étapes : la première consiste à enlever le covellite (CuS) à des potentiels anodiques modérés et la seconde à dissoudre une petite couche sacrificielle de CIS ainsi que des restes de sulfures de cuivre à des potentiels plus agressifs. Cette procédure permet d'obtenir des couches absorbantes offrant un rendement de 3,3 % dans les cellules solaires photoélectrochimiques et de 8% dans des dispositifs à l'état solide. L'autre approche combine traitements électrochimique et chimique : l'énergie libre de formation du complexe Cu–EDTA contribue à la dissolution du sulfure de cuivre et facilite l'enlèvement de la phase Cu–S à des potentiels électrochimiques modérés. Les couches de CIS obtenus après ce traitement offrent un rendement de 1,44% dans des cellules solaires photoélectrochimiques. Pour citer cet article : T. Wilhelm et al., C. R. Chimie 9 (2006).