Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des
couches de TiO2
(a) (b)
Ts=Amb
Ts=100°C
Ts=200°C
(I)
Ts=300°C
(c) (d)
Fig. 3. 20 Gap optique des CMs de TiO2 à : (I)
différentes température, (a) TAmb, (b) 100, (c) 200 et (d)
300°C
Par extrapolation de la partie linéaire des courbes on
obtient la valeur du gap optique. Les valeurs obtenues sont données dans
le tableau 3.8.
Tab. 3. 8 Valeurs des transitions directes permises des
couches de TiO2/Verre
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Température du substrat
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Ta
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100
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200
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300
|
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Eg
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3.47
|
3.42
|
3.09
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3.46
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ENIT 2009 71
Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des
couches de TiO2
A température de croissance inférieure ou
égale à 200 °C, on remarque que le gap optique
décroit en fonction de l'augmentation de température.
En effet, le gap optique correspondant à la
température de croissance ambiante est l'énergie de transition
optique directe et permise d'une couche amorphe qui doit être importante.
Tandis que, à 100 et 200 °C, c'est-à-dire à la
température de transition et de cristallisation, le gap diminue.
A 300 °C, l'apparition d'une deuxième orientation
cristallographique dans la couche suivant un plan moins dense, selon les
résultats de DRX, perturbe le réseau cristallin. Les
différences entre ces plans cristallographiques induisent cette
augmentation sur la valeur de la bande interdite (voir paragr. 1.2.2).
3.5.3 Couches élaborées sur des
substrats de silicium
Le silicium est un matériau opaque, d'indice de
réfraction de l'ordre de 3.5 (ns > nc) et absorbant, par suite on ne
peut pas utiliser le modèle de Heavens [98] pour le calcul des
paramètres optiques. D'où, on ne peut exploiter que la courbe de
réflexion. La figure 3.21 présente le spectre de
réflexion des couches de TiO2 élaborées sur des substrats
de silicium à température ambiante, 100, 200 et 300°C et
d'un échantillon de substrat de silicium.
100
40
20
80
60
0
TiO2/Si à Tamb TiO2/Si à
100°C TiO2/Si à 200°C TiO2/Si à
300°C Substrat Si
400 600 800 1000 1200 1400 1600
1800
? (nm)
Fig. 3. 21 Spectre de réflexion en fonction de A
des couches de TiO2/Si
D'une part, on remarque que le spectre de réflexion du
substrat de silicium montre l'absence quasi-totale
d'homogénéité. D'autre part, on remarque que le silicium
présente un taux de réflexion important dans tout le domaine
spectral et surtout dans le domaine visible et UV
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Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des couches
de TiO2
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proche-visible. Par contre, la présence d'une couche de
TiO2 sur un substrat de silicium montre une bonne
homogénéité de ces couches et diminue le taux de
réflexion.
La diminution du taux de réflexion augmente
l'absorption du silicium ce qui permet d'utiliser le dioxyde de titane comme
couche antireflet pour les panneaux photovoltaïque en silicium. On
remarque aussi que les couches à substrat non chauffé sont moins
réfléchissantes que celles déposées sur des
substrats chauffés.
3.6 Caractérisation électrique
Les performances électriques dépendent en
majeure partie de la microstructure des cellules. Les grains et les joints de
grains ne se comportent pas de façon identique vis-à-vis de la
conduction. Le comportement des grains peut être assimilé à
celui d'un monocristal alors que celui des joints de grains s'en éloigne
significativement, à cause de leurs nombreux défauts
intrinsèques et de l'éventuelle précipitation d'une phase
isolante.
3.6.1 Spectroscopie d'impédance
électrique
L'impédance d'un matériau diélectrique
peut être généralement divisée en une composante
capacitive et une composante résistive. Dans ce modèle RC
parallèle, la partie résistive rend compte des
phénomènes de conduction dans le matériau et la partie
capacitive, de sa polarisabilité. L'étude des
propriétés électriques d'un matériau polycristallin
nécessite la prise en considération de la contribution des joints
de grains. En effet, ces derniers ont souvent des comportements
électriques différents de ceux du grain. Le comportement
électrique au niveau des défauts de structure tels que les joints
de grains est généralement modélisé par
différents circuits RC successifs et peut être
étudié en courant alternatif. L'étude du comportement
électrique des joints et des grains est réalisée par
spectroscopie d'impédance. Cette technique, largement utilisée
dans le domaine de l'électrochimie, a été adaptée
à l'étude des solides par J.E.Bauerle [104].
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