Versatilité des procédés plasma froid: Défis matériaux pour le Photovoltaïque
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- Huguette Dussault
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1 Versatilité des procédés plasma froid: Défis matériaux pour le Photovoltaïque M.-P. Besland Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN) Université de Nantes UMR 6502 CNRS NANTES PCM / CESES Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
2 ANR ( ) "OxTiMIB Luc Brohan (IMN-CESES) SC-p Gel TiDMF (SnO 2 (F)) / 25 nm Pt Thèse K. Makaoui ( ) TiO 2 poreux SC-n TiO 2 dense (SnO 2 (F)) Propriétés requises (morphologie) dense poreuse : Couche tampon FTO/TiDMF : augmentation de la surface d échange avec l absorbeur Nanostructurée : augmentation de la surface spécifique Propriétés intrinsèques Gap élevé Bonnes propriétés électroniques Potentialité des procédés plasma: PECVD et PVD Rutile Anatase Gap (ev) A. Granier, A. Goullet, PY Jouan, L. Brohan, M. Richard-Plouet Densité Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
3 ANR-PV Solhypin , INES Chambery, IMN, Solems, Ardège Transparent Hybrid Organic Solar Cell Thèse A. KARPINSKI ( ) NiO : gap 3,4-4,3eV transparent dans le visible Cellule solaire organique hybride: les SC inorganique TiO 2 et NiO Transport des e - et des trous vers le collecteur de courant Augmentation stabilité des cellules CESES/PCM: M. Richard-Plouet, L. Brohan, PY Jouan Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
4 Dépôt par pulvérisation magnétron réactive Paramètres : Puissance DC Cible métallique 1.3 : Ti ou Ni cible-substrat : 3 cm Magnétron équilibré Pulvérisation réactive Ar/O 2 Porte substrat relié à la masse Dépôt TiO 2 Pression de travail : 2,5 4,5 mtorr Courant de décharge : ma Dépôt NiO Pression de travail : 3 mtorr Courant de décharge : mA Plasmas Basse Pression Haute Densité Matériaux cristallisés Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
5 TiO 2 Transition régime métallique régime oxyde NiO U (V) I = 200 ma TiO 1+x % O 2 TiO 2-x Évolution de la tension en fonction du % d oxygène pour un débit d argon fixé v dépôt (nm/min) Discharge voltage (V) metallic Oxygen content (%) Faible % O 2 TiO Fort % O 2 : régime oxyde TiO 2 Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
6 Dépôt NiO par pulvérisation réactive magnétron DC Discharge voltage (V) Corrélation V Cible / Courbe I-V décharge et Croissance NiO metallic Oxygen content (%) Intensity Ex: Croissance orientée (200) structure colonnaire plus prononcée (200) (111) metallic nickel (220) Theta scale Evolution intensité relative vs % O Modification structure et propriétés des films en fonction des paramètres procédé Connaissance du procédé maîtrise du matériau Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
7 ILLUSTRATION Dépôt AlN par pulvérisation magnétron cible Al Effet de la configuration magnétique Magnétron équilibré (Type 1) Magnétron DéséquilibrD quilibré (Type 2) Type 1 Type 2 Porte substrat Porte substrat C. Duquenne et al., Journal of Applied Physics, 104 (6) 2008, Thèse Cyril Duquenne 14 Octobre 2008 Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
![m -1 Type 2 Orienté c (002) Taille de grains # 100 150 nm Contamination [O] # 0.5 % at. Contrainte compressive (-1.5 GPa) 170 W.K - 1.](/docs-images/95/126015749/images/8-3.jpg "m -1 AlN 1.5µm AlN 3.4µm Si Si Collaboration LGMPA: Y. Scudeller C. Duquenne et al.")
8 ILLUSTRATION Dépôt AlN par pulvérisation magnétron cible Al Corrélation avec les propriétés des films AlN Type 1 Sélection de l orientation Taille de grains # nm Contamination [O] # 5 % at. Contrainte en tension (0.5 GPa) 2 à 40 W.K - 1.m -1 Type 2 Orienté c (002) Taille de grains # nm Contamination [O] # 0.5 % at. Contrainte compressive (-1.5 GPa) 170 W.K - 1.m -1 AlN 1.5µm AlN 3.4µm Si Si Collaboration LGMPA: Y. Scudeller C. Duquenne et al., Applied Physics Letters, 2008 Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
9 Illustration issue applications microélectronique Système multichambres: EJM - Plasma ECR XPS - STM Paramètres procédé: Puissance ( W) Pression (0.5 3 mtorr) Courant bobine (18-25 A) Rapport gaz SiH 4 / (O 2 ou N 2 ) Distance source-substrat Température (RT 300 C) Centrale matériaux LEOM - ECLyon Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
10 Thèse M. Lapeyrade Lyon 1999 Nitrure de silicium Effet Crucial du Champ Magnétique Ib > 20 A ==> Gain en qualité du volume (densité, stœchiométrie, électrique) Collaboration B. Agius M-C. Hugon J. Vac. Sci. Technol. A17 (2) (1999) Optimum électrique = Matériau Stœchiométrique Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
11 Mesures sonde de Langmuir Thèse M. Lapeyrade Lyon 1999 Densité ionique 10 9.cm ,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 z = 22 cm, 20 sccm 200 W, 1,2 mtorr I Courant bobine (A) Courant de la bobine A II Densité ionique.cm -3 Densité ionique. cm -3 1,0x10 9 8,0x10 8 6,0x10 8 4,0x10 8 2,0x10 8 z = 22 cm, 20 sccm 1,2 mtorr Plasma N 2 22 A 18 A Puissance Puissance incidente (W) (W) I bobine > 18 A exponentielle densité ionique Corrélation avec la densité d ions Intérêt d un couplage avec caractérisations phase plasma Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
12 Paramètres procédé/ / Propriétés s films Paramètres de dépôt Sens de variation Vitesse de dépôt Indice Optique densité Température Flux de silane Puissance micro-onde Courant bobine Distance Sourceéchantillon Message Connaissance du procédé maîtrise du matériau Intérêt d un couplage avec une caractérisation et connaissance de la phase plasma Journée Plasma - Photovoltaïque - Novembre
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