Rev. Phys. Appl. (Paris) 21, 407-415 (1986)
DOI: 10.1051/rphysap:01986002107040700

Caractérisations structurale et optique de bicouches Cd1- yZnyS/CuPc : mise en évidence d'un effet photovoltaïque

M. A. Ben Said¹, S. Belgacem², M. Dachraoui², R. Bennaceur³ et H. Bouchriha<sup>3

1</sup>  Département de Physique. Ecole Normale Supérieure de Bizerte, Tunisie
²  Département de Chimie. Faculté des Sciences de Tunis, Tunisie
³  Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Faculté des Sciences de Tunis, Campus Universitaire, 1060 Tunis, Tunisie

Abstract
We have studied structural and optical properties of bilayers formed with mixed zinc and cadmium sulfide (Cd1-yZn yS) and of copper phtalocyanine (CuPc) in order to realize a Cd 1-yZnyS/CuPc heterojunction which could be used in photovoltaic conversion. Scanning electron microscopy and X ray studies of Cd1-yZnyS layers allowed us to reach their morphology and to optimize their composition in sight of a better cristallinity. Optical study of these layers permit the determination of their band gap Eg and its evolution as a function of zinc concentration (2.45 eV < Eg < 2.55 eV). The same studies performed on CuPc layers show a good homogeneity and a unidimensionnal structure and allowed to measure the refraction index, the permittivity (ε ∞ = 5.42) and the band gap (1.64 eV). Finally, the I-V characteristics studies of the cells using these bilayers between metallic contacts of gold and fluor doped tin oxide (SnO2 : F/Cd1- yZnyS/CuPc/Au) exhibit a photovoltaic effect with a weak energy conversion efficiency (η ≈ 0,06 %).

Résumé
Nous avons étudié les propriétés structurales et optiques de bicouches de sulfure mixte de cadmium et de zinc (Cd1-yZn yS) et de phtalocyanine de cuivre (CuPc) afin de réaliser une hétérojonction Cd1-yZnyS/CuPc susceptible d'être utilisée en conversion photovoltaïque. L'étude par microscopie électronique à balayage et par rayons X des couches de Cd1- yZnyS nous a permis d'atteindre leur morphologie et d'optimiser leur composition en vue d'une meilleure cristallinité. L'étude optique de ces couches a permis de déterminer leur largeur de bande interdite Eg ainsi que son évolution en fonction de la concentration en zinc (2,45 eV < Eg < 2,55 eV). Les mêmes études menées sur les couches de CuPc ont montré leur bonne homogénéité et leur structure unidimensionnelle et ont permis de mesurer leur indice de réfraction, leur permittivité (ε ∞ = 5,42) et leur largeur de bande interdite (1,64 eV). Enfin l'étude des caractéristiques I-V sur des cellules formées de ces bicouches disposées entre deux contacts d'or et d'oxyde d'étain dopé au fluor (SnO 2 : F/Cd1-yZnyS/CuPc/Au) met en évidence un effet photovoltaïque à faible rendement de conversion énergétique (η ≈ 0,06 %).

PACS
7125T - Electronic structure of crystalline semiconductor compounds and insulators.
7240 - Photoconduction and photovoltaic effects: photodielectric effects.
7340L - Electrical properties of semiconductor to semiconductor contacts, p n junctions, and heterojunctions.
7720 - Dielectric permittivity.
7820D - Optical constants and parameters condensed matter.
2520D - II VI and III V semiconductors.
2520M - Other semiconductor materials.
2530B - Semiconductor junctions.
4210 - Photoconducting materials and properties.

Key words
cadmium compounds -- copper compounds -- energy gap -- II VI semiconductors -- interface structure -- organic semiconductors -- permittivity -- photovoltaic effects -- refractive index -- scanning electron microscope examination of materials -- semiconductor junctions -- X ray diffraction examination of materials -- zinc compounds -- Cd sub 1 y Zn sub y S Cu phthalocyanine bilayers -- II VI semiconductor -- optical properties -- photovoltaic effect -- heterojunction -- morphology -- composition -- band gap -- homogeneity -- unidimensional structure -- I V characteristics