Couches mésoporeuses de TiO2 déposés par PECVD à la pression atmosphérique en vue d'applications photovoltaïques

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

PECVD, Couches minces, Dioxyde de titane, DSSC, Cellule pérovskite, TIA

Mots-clés

Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma,

Pression atmosphérique,

Spectroscopie d'émission optique à source plasma,

Cellules solaires à colorant

Un système de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma doté d’une torche à injection axiale (TIA) a été choisi pour l’élaboration des films de TiO2. Un mode de dépôt dynamique, i.e. en déplaçant le substrat face au plasma, a été mis en place dans l’objectif de recouvrir des surface de l’ordre du centimètre carré. En vue d’utiliser les films de TiO2 en tant que couche active au sein de DSSCs, une structure mésoporeuse colonnaire et cristallisée sous forme anatase doit être idéalement obtenue. L’analyse du plasma, sans et avec le précurseur du titane, par spectroscopie d’émission optique a permis de mettre en évidence les flux de chaleur importants pouvant être transférés au substrat par le jet de plasma, avec des températures de gaz comprises entre 3000 et 4000 K, de 5 à 15 mm au-dessus de la buse. L’évaluation des densités relatives d’espèces atomiques et notamment de l’azote, de l’oxygène et du titane, combinée à l’étude de l’influence des conditions opératoires sur la microstructure du film a permis de mettre en évidence différents mode de croissance des couches de TiO2. Grâce à ces observations, un diagramme de microstructure de la couche de TiO2 déposée sur un substrat en silicium a été construit pour prédire plus facilement la morphologie et le caractère cristallin des films en fonction de la puissance microonde et de la distance torche-substrat. Dans certaines conditions, il est possible d’obtenir une structure correspondant au cahier des charges de la couche active des DSSCs. Le transfert de cette microstructure sur des substrats verre/FTO, faits pour l’application photovoltaïque, a nécessité une adaptation de la puissance micro-onde et de la distance torche-substrat de travail. La microstructure obtenue a permis de valider le diagramme de microstructure établi dans ces travaux, malgré l’obtention d’une couche ne correspondant pas au cahier des charges. Finalement, la fabrication de cellules solaires pérovskite a été initiée en exploitant le dépôt de TiO2 réalisé sur substrat en silicium.