Conclusion générale
Cette étude a pour objectif principal la
synthèse et la caractérisation des couches minces de dioxyde de
titane sur des substrats de verre et de silicium obtenues par
pulvérisation cathodique RF magnétron à différentes
températures de substrat.
Différentes techniques d'analyse ont été
mises en oeuvre pour caractériser les couches minces de TiO2. Elles sont
essentiellement divisées en quatre catégories. Les analyses
optiques comprenant des mesures de transmission et de réflexion ont
fourni des informations sur les états électroniques des couches.
L'analyse de la structure et de la morphologie des couches ont
été réalisées par diffraction des rayons X et par
microscopie à force atomique. Finalement, les propriétés
électriques en mode continu ou alternatif ont été
mesurées à l'aide de la spectroscopie d'impédance et la
méthode de « hot point probe ».
Les analyses optiques ont montré que la
température de substrat peut translater la zone de photoactivité
du dioxyde de titane de l'Ultra Violet vers le proche visible. En effet, pour
les couches à substrat de verre, l'énergie de gap optique varie
en fonction de la température de 3.47 à 3.09 eV alors que
l'indice de réfraction varie de 2.3 à 2.7. D'après ces
analyses, le calcul des épaisseurs des couches déposées
sur des substrats de verre montre que ces couches ont des épaisseurs
variant entre 183 et 114 nm. Alors que pour les couches déposées
sur de substrats de silicium, l'étude optique montre que le TiO2 est un
matériau anti-réfléchissant pour les panneaux de silicium.
En effet, le silicium est très réfléchissant dans les
domaines UV et visible ce qui influence le rendement des cellules
photovoltaïques.
Les études structurale par diffraction des Rayons X
(DRX) et morphologique par microscopie à force atomique (AFM) ont
montré que les couches de TiO2 élaborées par
pulvérisation cathodique RF magnétron sur des substrats de verre
et de silicium ont une structure qui dépend fortement de la structure
cristalline du substrat à basse température. Cette structure
s'améliore avec la température pour être plus compacte,
stable, cristallisée et moins poreuse suivant le modèle de
Thornton de croissance cristalline relatif aux couches élaborées
par pulvérisation cathodique. Les couches déposées
à température ambiante présentent une grande
rugosité due à la porosité des couches.
ENIT 2009 87
Conclusion générale
Le dépôt sur des substrats chauffés
paraît favoriser la structure tétragonale des substrats de
silicium et diminuer la porosité des couches vu que le pic du silicium
devient de moins en moins intense du fait que les couches deviennent de plus en
plus compactes, cristallisées. On a aussi remarqué une
amélioration de la stabilité des couches déposées
sur du silicium qui se traduit par la transformation de la structure anatase
à la structure rutile.
Les couches minces de TiO2 ne sont pas seulement
modifiées du point de vue optique, structural mais chaque augmentation
de température est accompagnée par des changements de morphologie
importants. Les couches sont poreuses à basse température et
suivent une croissance nodulaire. En augmentant la température, la
structure devient colonnaire.
Les résultats menés par spectroscopie
d'impédance montrent que suivant la température, le dioxyde de
titane peut être un bon isolant ou un conducteur transparent raisonnable.
Ils permettent la modélisation électrique des couches et la
compréhension du comportement des grains et des joints de grain. La
spectroscopie d'impédance complexe permet de confirmer que les zones
granulaires gouvernent majoritairement la conduction au sein des couches minces
de dioxyde de titane à haute température de substrat. Plus un
dépôt est poreux, plus la section entre les grains est grande, ce
qui conduit à des résistivités plus grandes. La
résistivité des couches diminue donc, pareillement à la
résistivité des zones granulaires, en fonction de la diminution
de la porosité de la couche qui est une conséquence de
l'augmentation de la température.
D'après les mesures de type de conductivité on
constate que, conformément à la littérature, la phase
rutile est généralement de conductivité de type N alors
que la phase anatase est souvent de type P.
Ce travail représente une introduction à un
sujet de recherche dédié à améliorer les
propriétés optiques et électriques des couches de TiO2
pour des applications photovoltaïques. Dans ce cadre, on propose
d'étudier l'effet du dopage (le niobium) et/ou du recuit tout en variant
la température de substrat jusqu'à la disparition complète
de la phase anatase des couches déposées sur du verre.
ENIT 2009 88
Bibliographie
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