Rev. Phys. Appl. (Paris) 25, 1245-1258 (1990)
DOI: 10.1051/rphysap:0199000250120124500

Propriétés optiques des couches minces de SnO2 et CuInS2 airless spray

S. Belgacem et R. Bennaceur

Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Faculté des Sciences de Tunis, Campus universitaire, 1060 Tunis, Tunisie

Abstract
In the present work, we have analyzed the optical parameters of the thin layers SnO2 and CuInS2 prepared by airless spray and used as front contact and absorber in the photovoltaïc backwall structure CdS/CuInS2. The experimental data concern the reflectivity R and transmission T in the visible and near infrared region. The interpretation of these results are based on the method of analysis of R and T developped by Tomlin and on the Mueller numerical method of resolution of nonlinear equation. Thus we have obtained the dispersion spectra corresponding to n(λ) and k(A). In the case of SnO2 layer, from this study we have deduced the permittivity, the electron effective mass and the Fermi energy (ε∞ = 3.74, m* = 0.34 m0 and EF = 0.64 eV). The obtained dependence of ε2(ω) in ω-4 in the region ωτ >> 1 shows that the free carriers are diffused essentially by the ionized impurities. Considering the inhomogeneous material CuInS2 containing air inclusions as an effectif medium we have estimated the density of this inclusions at about 20 %. Finally this study has permitted the evaluation of the direct band gap width of the SnO2 and CuInS2 at about respectively 3.9 eV and 1.4 eV.

Résumé
Dans le présent travail, nous avons analysé les caractéristiques optiques des couches minces de SnO2 et CuInS2 préparées par airless spray en vue de leur utilisation en tant que contact avant et absorbeur de la structure photovoltaïque backwall CdS/CuInS2. Les données expérimentales concernent la réflexion R et la transmission T dans les domaines du visible au proche infrarouge. L'interprétation de ces résultats a été basée d'une part sur la méthode d'analyse de R et T développée par Tomlin et d'autre part sur la méthode de résolution numérique d'équations non linéaires de Mueller. Nous avons ainsi obtenu les spectres de dispersion correspondants de n(A) et k(A). Dans le cas de la couche de SnO2, cette étude nous a permis de déduire la permittivité, la masse effective des électrons de conduction et l'énergie de Fermi (ε∞ = 3,74, m* = 0,34 m0 et EF = 0,64 eV). La loi de variation de ε2(ω) en ω-4 obtenue dans la région ωτ >> 1, montre que les porteurs libres sont diffusés essentiellement par les impuretés ionisées. D'autre part, en considérant le matériau inhomogène CuInS2 contenant des inclusions d'air comme étant un milieu effectif, nous avons estimé la densité de ces inclusions à environ 20 %. Enfin, cette étude a permis aussi d'évaluer les largeurs de bande interdite du SnO2 et CuInS2 qui sont respectivement de l'ordre de 3,9 eV et 1,4 eV.

PACS
7865J - Optical properties of nonmetallic thin films.
7820D - Optical constants and parameters condensed matter.
7830G - Infrared and Raman spectra in inorganic crystals.
7840H - Visible and ultraviolet spectra of other nonmetals.
7720 - Dielectric permittivity.
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.
7125J - Effective mass and g factors condensed matter electronic structure.

Key words
copper compounds -- effective mass band structure -- energy gap -- Fermi level -- inclusions -- indium compounds -- infrared spectra of inorganic solids -- semiconductor materials -- semiconductor thin films -- spray coatings -- ternary semiconductors -- tin compounds -- visible spectra of inorganic solids -- optical properties -- semiconductors -- airless spray thin films -- front contact -- absorber -- photovoltaic backwall structure -- reflectivity -- transmission -- visible -- near infrared region -- Mueller numerical method -- nonlinear equation -- dispersion spectra -- permittivity -- electron effective mass -- Fermi energy -- free carriers -- ionized impurities -- inhomogeneous material -- air inclusions -- direct band gap width -- SnO sub 2 -- CuInS sub 2 -- CdS CuInS sub 2