Fabrication et caractérisation de couches minces d’oxydes transparents conducteurs SnO2 et ZnSnO3

Abstract

الملخص (بالعربية) : تتميز الأكاسيد الموصلة الشفافة (TCO) بخاصية الجمع بين الشفافية البصرية العالية والموصلية الكهربائية الجيدة، وهاتان الخاصيتان الهامتان تمنحان TCO مجالًا واسعًا للتطبيق ومطلوبين بشكل خاص لاستخدامها في الخلايا الشمسية الضوئية كطبقة نافذة. تهدف هذه الرسالة إلى إعداد وتوصيف الطبقات الرقيقة لنوعين من TCO لنظامSn-Zn-O ، وهما أكسيد القصدير SnO2 والمواد الثلاثية ZnSnO3 بواسطة طريقة الانحلال الحراري بالرش، وهي تقنية كيميائية. بسيطة وغير مكلفة. في الجزء الأول من هذا العمل، تم تطوير سلسلتين من العينات عن طريق تغيير التركيز ووقت الترسب وتحديد المعالم الأخرى مثل: المذيب ودرجة حرارة التركيز. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها من الخصائص المختلفة (DRX، AFM، UV-Visible-PIR وبواسطة Hall Effet)، أن طبقات SnO2 الرقيقة نوع n تنتج عند 350 درجة مئوية بتركيز 0.1 مول / لتر من محلول (SnCl2.2H2O) ووقت ترسب 10 دقائق لديها أفضل الخصائص الإلكترونية البصرية. تم الحصول على الطبقات الرقيقة ZnSnO3 بنفس التقنية عند درجة حرارة 350 درجة مئوية. العلاج الحراري عند 400 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة تحسن نسبيًا من الجودة البلورية والخصائص البصرية، تسببت الزيادة في وقت العلاج في التدهور من الخصائص. الكلمات المفتاحية: TCO, SnO2, ZnSnO3

---------------------------------------------- Résumé (en Français) : Les oxydes transparents conducteurs (TCO) ont la particularité de combiner une haute transparence optique et une bonne conductivité électrique, ces deux propriétés importantes confèrent aux TCO un large domaine d’application et sont particulièrement requises pour leur utilisation dans les cellules solaires photovoltaïques comme couche fenêtre. Cette thèse a pour objectif la préparation et la caractérisation de couches minces de deux types de TCO du système Sn-Zn-O à savoir l’oxyde d’étain SnO2 et le matériau ternaire ZnSnO3 par la méthode spray pyrolyse, qui est une technique chimique simple et non onéreuse. Dans la première partie de ce travail, deux séries d’échantillons ont été élaborées en variant la molarité et le temps de dépôt et en fixant les autres paramètres tels que : la nature du précurseur, du dissolvant et la température du substrat, l’objectif étant d’optimiser ces deux conditions de dépôt. Les résultats obtenus des différentes caractérisations (DRX, AFM, UV-Visible-PIR et par Effet-Hall), montrent que les couches minces SnO2 de type n élaborées à 350 °C avec une concentration 0,1 mol/l d’une solution (SnCl2.2H2O) et pendant un temps de dépôt de 10 minutes présentent les meilleures propriétés optoélectroniques. Les couches minces ZnSnO3 ont été obtenues par la même technique à une température de substrat de 350 °C. Un recuit thermique à 400 °C pendant une heure a amélioré relativement la qualité cristalline et les propriétés optiques des couches déposées, l’augmentation du temps de recuit a causé la dégradation des propriétés de cette phase qui ne présente pas un bon caractère conducteur. Les mots clés : TCO, SnO2, ZnSnO3

---------------------------------------------- Abstract (en Anglais) : Transparent conductive oxides (TCO) have the particularity of combining high optical transparency and good electrical conductivity, these two important properties give TCO a wide field of application, particularly required for their use in photovoltaic solar cells as a window layer. The aims of this thesis is to prepare and characterize thin layers of two types of TCO in the Sn-Zn-O system, namely tin oxide SnO2 and the ternary material ZnSnO3 by the spray pyrolysis method, which is a simple and inexpensive chemical technique. In the first part of this work, two series of samples were developed by varying the molarity and the deposition time and by fixing the other parameters such as: the nature of the precursor, of the solvent and the temperature of the substrate, the objective being to optimize these two deposit conditions. Les résultats obtenus des différentes caractérisations (DRX, AFM, UV-Visible-PIR et par Effet-Hall), montrent que les couches minces SnO2 de type n élaborées à 350 °C avec une concentration 0,1 mol/l d’une solution (SnCl2.2H2O) et pendant un temps de dépôt de 10 minutes présentent les meilleures propriétés optoélectroniques. The ZnSnO3 thin layers were obtained by the same technique at a substrate temperature of 350 ° C. Thermal annealing at 400 ° C for one hour relatively improved the crystalline quality and the optical properties of the deposited layers, the increase in annealing time caused the degradation of the properties of this phase which does not have a good conductive character. Keywords : TCO, SnO2, ZnSnO3