Dépôt électrochimique d’un semi-conducteur ternaire : le diséléniure de cuivre et d’indium (CuInSe₂)

Laboratoire d’électrochimie et de chimie analytique, unité associée au CNRS (URA 216), École nationale supérieure de chimie de Paris, 11, rue Pierre-et-Marie-Curie, 75231 Paris cedex 05, France.

Résumé

Les conditions de l'électrodépôt des binaires Cu-Se et du ternaire CuInSe₂ sont étudiées par l'analyse des courbes intensité potentiel. La présence de cuivre dans la solution est nécessaire pour pouvoir déposer du sélénium. Deux domaines de potentiel sont mis en évidence. Dans le premier, on peut déposer (en absence d'indium) toute la série des séléniures de cuivre. La composition du dépôt est fixée par le rapport des flux de Se(IV) et de Cu(II) qui arrivent à l'électrode. Dans le second domaine, plus négatif, le Se(IV) est réduit en Se(-II) et le Cu(II) en Cu(I). Selon le rapport des flux, on obtient Cu₂Se + Cu ou Cu₂Se + Se(-II). En présence d'In³⁺, l’énergie libre de formation de In₂Se₃ et/ou celle de CuInSe₂ rend plus facile la réduction du sélénium en Se(-II). Celle-ci se fait dans le premier des domaines de potentiels. Dans le second, c'est le Cu₂Se qui peut être réduit en Cu et Se(-II). Les films obtenus sont formés de nanocristaux dont la structure cristalline et l'absorption optique sont améliorées par des traitements thermiques. Les résultats obtenus sont discutés en termes d'écart à la stœchiométrie et d'écart à la molécularité.

Abstract

The electrodeposition conditions for Cu-Se and Cu-In-Se compounds are studied by analyzing the current-potential curves. The presence of copper in the solution is needed to make possible the deposition of selenium upon the electrode. When there is no indium in the solution, two potential domains are evidenced. In the first and most positive one, the series of the Cu-Se compounds is obtained. The deposit composition is fixed by the flux ratio of Se(IV) and Cu(II) arriving at the electrode. In the second potential range, Se(IV) is reduced into Se(-II) and Cu(II) into Cu(I). Depending on the flux ratio, films of Cu₂Se+ Cu or Cu₂Se + Se(-II) are obtained. In presence of In³⁺ in the solution, the free energy of formation of In²Se₃ and/or of CuInSe₂ makes easier the reduction of the selenium into Se(-II). It occurs in the first potential range. In the second range, Cu₂Se is reduced into Cu and Se(-II). The as grown films are constituted of nanocrystallites the structure and optical absorption of which being improved by heat treatments. The results are discussed in terms of deviation from stoichiometry and molecularity.