Investigation of deposition conditions and annealing treatments on sputtered ZnO:Al thin films: Material properties and application to microcristalline silicon solar cells

• Main Author: Charpentier, Coralie
• Language: ENG
• Published: Ecole Polytechnique X 2012
• Subjects: [PHYS:PHYS:PHYS_PLASM-PH] Physics/Physics/Plasma Physics; [CHIM:MATE] Chemical Sciences/Material chemistry; [PHYS:COND:CM_MS] Physics/Condensed Matter/Materials Science; Oxyde Transparent Conducteur (OTC); cellule photovoltaïque; oxyde de zinc dopé aluminium; pulvérisation cathodique magnétron; recuit thermique; recuit laser excimère; texturation chimique
• Online Access: http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00801746; http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/80/17/46/PDF/These_CoralieCharpentier.pdf

La couche mince d'Oxyde Transparent Conducteur (OTC) utilisée en tant qu'électrode avant pour les cellules photovoltaïques silicium microcristallin est un matériau déterminant pour l'amélioration de leur rendement. Un OTC prometteur est l'oxyde de zinc dopé aluminium ZnO:Al déposé par pulvérisation cathodique magnétron RF. Une première partie du travail de thèse est dédiée à l'étude de l'influence des conditions de dépôt sur la microstructure, les mécanismes de croissance et les propriétés optoélectroniques du ZnO:Al. Nous avons ainsi obtenu un optimum en termes de transparence maximale dans le domaine visible et de résistivité minimale pour un dépôt réalisé à une pression de 0.12 Pa pour une température de 325 °C. Une seconde partie du travail de thèse porte sur l'effet de traitements après-dépôt, recuit thermique ou laser excimère, sur les propriétés du ZnO:Al déposé à température ambiante. L'influence de différentes atmosphères (sous-vide, N2/H2, et pur N2) et températures de recuit (de 400 à 500 °C) a été étudié. L'étape de recuit thermique a permis une amélioration notable des propriétés optoélectroniques de la couche ZnO:Al, jusqu'à une résistivité de 3.5×10-4 Ohm.cm pour une transmittance entre 400 et 1000 nm de 81.2%. L'étape de recuit laser, quant à elle, influe notamment les propriétés morphologiques du matériau. L'étape finale de ce travail de thèse est basée sur l'étude de la texturation chimique, étape ayant pour but la formation d'une morphologie de surface optimale, c'est-à-dire permettant le piégeage optique dans les couches actives silicium microcristallin et ce, sans altérer les qualités électriques de la couche. L'intégration de ces couches minces ZnO:Al en tant qu'électrode avant dans des cellules photovoltaïques PIN à base de silicium microcristallin à été et étudié en détail.