Voir la source de CZTS

{{Infobox Chimie
 | nom = CZTS
 | image = Kristallstruktur Kesterit.png
 | image2 = 
 | taille image = 250
 | légende = <span style="color:#FF4500; background:#FF4500;">__</span> [[Cuivre|Cu{{exp|+}}]] &nbsp; &nbsp; <span style="color:#CFCFCF; background:#CFCFCF;">__</span> [[Zinc|Zn{{exp|2+}}]] &nbsp; &nbsp; <span style="color:#5CACEE;background:#5CACEE;">__</span> [[Étain|Sn{{exp|4+}}]] &nbsp; &nbsp; <span style="color:#FFFF00;background:#FFFF00;">__</span> [[Sulfure|S{{exp|2−}}]]
<!-- Général -->
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<!-- Propriétés chimiques -->
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<!-- Propriétés physiques -->
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{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = H. Matsushita, T. Ichikawa et A. Katsui
 | titre       = Structural, thermodynamical and optical properties of {{fchim|Cu|2|-{{II}}-{{IV}}-{{VI}}|4}} quaternary compounds
 | périodique  = Journal of Materials Science
 | volume      = 40
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 | année       = 2005
 | pages       = 2003-2005
 | url texte   = https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10853-005-1223-5?LI=true
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1007/s10853-005-1223-5
 | pmid        = 
 | bibcode     = 2005JMatS..40.2003M
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{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = L. Guen
 | titre       = Electrical, magnetic, and EPR studies of the quaternary chalcogenides {{fchim|Cu|2|A{{exp|{{II}}}}B{{exp|{{IV}}}}X|4}} prepared by iodine transport
 | périodique  = Journal of Solid State Chemistry
 | volume      = 35
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 | mois        = novembre
 | année       = 1980
 | pages       = 10-21
 | url texte   = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022459680904570
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1016/0022-4596(80)90457-0
 | pmid        = 
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{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Masaya Ichimura et Yuki Nakashima 
 | titre       = Analysis of Atomic and Electronic Structures of {{fchim|Cu|2|ZnSnS|4}} Based on First-Principle Calculation
 | périodique  = Japanese Journal of Applied Physics
 | volume      = 48
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 | année       = 2009
 | numéro article = 090202
 | url texte   = http://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.48.090202/meta
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1143/JJAP.48.090202
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{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Hironori Katagiri, Kotoe Saitoh, Tsukasa Washio, Hiroyuki Shinohara, Tomomi Kurumadani et Shinsuke Miyajima
 | titre       = Development of thin film solar cell based on {{fchim|Cu|2|ZnSnS|4}} thin films
 | périodique  = Solar Energy Materials and Solar Cells
 | volume      = 65
 | numéro      = 1-4
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 | mois        = janvier
 | année       = 2001
 | pages       = 141-148
 | url texte   = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092702480000088X
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1016/S0927-0248(00)00088-X
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<!-- Cristallographie -->
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 | parametresMaille = {{nobr|''a'' {{=}} {{unité/2|542.7|pm}}}}, {{nobr|''c'' {{=}} {{unité/2|1087.1|pm}}}}, {{nobr|''Z'' {{=}} 2}}
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<!-- Propriétés optiques -->
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<!-- Précautions -->
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<!-- Écotoxicologie -->
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<!-- Composés apparentés -->
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<!-- Supplément -->
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}}<!-- ----------------------------- Fin de l'infoboîte ----------------------------- -->
Le '''CZTS''', de l'anglais ''{{lang|en|copper zinc tin sulfide}}'' ([[sulfure de cuivre]], de zinc et d'étain), est un [[composé chimique]] de [[Formule chimique|formule]] {{fchim|Cu|2|ZnSnS|4}}. Il s'agit d'un [[semiconducteur]] à [[Gap direct et gap indirect|gap direct]] constitué de [[cuivre]], de [[zinc]], d'[[étain]] et de [[soufre]], et utilisé pour réaliser des [[Cellule photovoltaïque|cellules photovoltaïques]] en [[Couche mince|couches minces]]. Ces couches peuvent être déposées par diverses méthodes telles que la [[pulvérisation cathodique]], l'[[évaporation sous vide]], l'[[ablation laser]] et le [[dépôt chimique en phase vapeur]]<ref name="10.1143/JJAP.48.090202"/>.

== Propriétés ==

La [[structure cristalline]] du CZTS est semblable à celle de la [[stannite]] {{fchim|Cu|2|FeSnS|4}} et de la [[kësterite]] {{fchim|Cu|2|(Zn,Fe)SnS|4}} (les deux formes peuvent coexister<ref name="10.1063/1.3074499">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Shiyou Chen, X. G. Gong, Aron Walsh et Su-Huai Wei
 | titre       = Crystal and electronic band structure of {{fchim|Cu|2|ZnSnX|4}} (X=S and Se) photovoltaic absorbers: First-principles insights
 | périodique  = Applied Physics Letters
 | volume      = 94
 | numéro      = 4
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 | mois        = janvier
 | année       = 2009
 | numéro article = 041903 
 | url texte   = http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.3074499
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1063/1.3074499
 | pmid        = 
 | bibcode     = 2009ApPhL..94d1903C
}}</ref>), dans le [[Système cristallin tétragonal|système quadratique]] (tétragonal)<ref name="10.1143/JJAP.48.090202"/>{{,}}<ref name="10.1109/PCCON.1997.638392">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = H. Katagiri, M. Nishimura, T. Onozawa, S. Maruyama, M. Fujita, T. Sega et T. Watanabe
 | titre       = Rare-metal free thin film solar cell
 | périodique  = Proceedings of the Power Conversion Conference — Nagaoka 1997
 | volume      = 
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 | mois        = août
 | année       = 1997
 | pages       = 
 | url texte   = http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/638392/
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1109/PCCON.1997.638392
 | pmid        = 
 | bibcode     = 
}}</ref> avec le [[groupe d'espace]] ''I''{{Surligner|4}} ({{n°}} [[Liste_des_groupes_d'espace|82]]) et les [[Paramètre cristallin|paramètres cristallins]] {{nobr|''a'' {{=}} {{unité/2|542.7|pm}}}}, {{nobr|''c'' {{=}} {{unité/2|1087.1|pm}}}}, {{nobr|''Z'' {{=}} 2}}. Sous cette forme, la [[largeur de bande interdite]] est de l'ordre de {{unité/2|1.4|eV}} à {{unité/2|1.5|eV}}<ref name="10.1143/JJAP.48.090202"/>{{,}}<ref name="10.1016/S0927-0248(00)00088-X"/>. Il présente un intérêt particulier par rapport aux matériaux concurrents tels que le [[tellurure de cadmium]] CdTe et le [[CIGS (semiconducteur)|CIGS]] {{fchim|CuIn|''x''|Ga|1-''x''|Se|2}} en raison de sa composition chimique, faite d'[[Élément chimique|éléments]] abondants (il est dépourvu de [[tellure]] et d'[[indium]]) et non toxiques (il est dépourvu de [[cadmium]]). La rareté de l'indium et surtout du tellure sont de nature à compromettre la viabilité économique à long terme des filières à CdTe et à CIGS, tandis que les éléments utilisés par les cellules à CZTS sont très largement disponibles à la surface du globe<ref name="10.1021/es8019534">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Cyrus Wadia, A. Paul Alivisatos et Daniel M. Kammen
 | titre       = Materials Availability Expands the Opportunity for Large-Scale Photovoltaics Deployment
 | périodique  = Environmental Science & Technology
 | volume      = 43
 | numéro      = 6
 | jour        = 15
 | mois        = mars
 | année       = 2009
 | pages       = 2072-2077
 | url texte   = http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es8019534
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1021/es8019534
 | pmid        = 19368216
 | bibcode     = 2009EnST...43.2072W
}}</ref>.

== Fabrication ==

La production de cellules en CZTS se heurte à des difficultés pratiques liées à la grande volatilité de certains constituants comme le [[zinc]] et le [[sulfure d'étain(II)]] qui peuvent s'évaporer dans les conditions opératoires. Une fois le composé quaternaire CZTS formé, il tend encore à se décomposer en composés ternaires et binaires lorsqu'il est soumis à une température supérieure à {{tmp|500|°C}} sous vide. Les couches actives en CZTS de meilleure qualité ont été obtenues par certaines méthodes de [[dépôt chimique en phase vapeur]] qui permettent d'opérer à des températures moins élevées et de s'affranchir des problèmes de volatilité des constituants du matériau.

== Développement et performances ==

Les cellules photovoltaïques en CZTS sont encore au stade expérimental. Des essais avec des matériaux comprenant également du [[sélénium]] permettent de moduler la largeur de [[Théorie des bandes|bande interdite]] entre {{unité/2|1.3|eV}} pour le CZTS pur et {{unité/2|0.95|eV}} pour le CZTSe pur<ref name="10.1016/j.tsf.2010.12.099">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = M. Grossberg, J. Krustok, J. Raudoja, K. Timmo, M. Altosaar et T. Raadik
 | titre       = Photoluminescence and Raman study of {{fchim|Cu|2|ZnSn(Se|''x''|S|1 − ''x''|)|4}} monograins for photovoltaic applications
 | périodique  = Thin Solid Films
 | volume      = 519
 | numéro      = 21
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 | mois        = août
 | année       = 2011
 | pages       = 7403-7406
 | url texte   = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004060901001730X
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1016/j.tsf.2010.12.099
 | pmid        = 
 | bibcode     = 2011TSF...519.7403G
}}</ref>. Les laboratoires [[IBM]] ont atteint en 2010 avec de telles cellules de rendements de 9,6 % avec du soufre pur et de 9,3 % avec du sélénium pur<ref name="10.1002/adma.200904155">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Teodor K. Todorov, Kathleen B. Reuter et David B. Mitzi
 | titre       = High-Efficiency Solar Cell with Earth-Abundant Liquid-Processed Absorber
 | périodique  = Advanced Materials
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 | mois        = mai
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 | url texte   = http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200904155/full
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1002/adma.200904155
 | pmid        = 20641095
 | bibcode     = 
}}</ref>, tandis que l'amélioration de la qualité des couches actives en CZTS a conduit en 2014 à des rendements de 12,0 % en laboratoire<ref name="10.1039/C3EE42541J">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Mark T. Winkler, Wei Wang, Oki Gunawan, Harold J. Hovel, Teodor K. Todorov et David B. Mitzi  
 | titre       = Optical designs that improve the efficiency of {{fchim|Cu|2|ZnSn(S,Se)|4}} solar cells
 | périodique  = Energy & Environmental Science
 | volume      = 7
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 | mois        = 
 | année       = 2014
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 | url texte   = 
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1039/C3EE42541J
 | pmid        = 
 | bibcode     = 
}}</ref>. L'entreprise japonaise {{Lien|langue=en|trad=Solar Frontier|fr=Solar Frontier}} de photovoltaïque à couches minces a annoncé en novembre 2013 avoir développé, conjointement avec les laboratoires IBM, des cellules solaires en CZTSSe affichant un taux de conversion d'énergie de 12,6 %<ref name="10.1002/aenm.201301465">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Wei Wang, Mark T. Winkler, Oki Gunawan, Tayfun Gokmen, Teodor K. Todorov, Yu Zhu et David B. Mitzi
 | titre       = Device Characteristics of CZTSSe Thin-Film Solar Cells with 12.6% Efficiency
 | périodique  = Advanced Energy Materials
 | volume      = 4
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 | année       = 2014
 | numéro article = 1301465
 | url texte   = http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201301465/abstract
 | consulté le = 17 avril 2017
 | doi         = 10.1002/aenm.201301465
 | pmid        = 
 | bibcode     = 
}}</ref>.

== Notes et références ==
{{Références|taille=30}}

{{Portail|chimie|matériaux}}

[[Catégorie:Sulfure]]
[[Catégorie:Matériau semi-conducteur]]
[[Catégorie:Cellule photovoltaïque]]