Etude et optimisation d'un procédé plasma basse puissance pour le dépôt de ZnO dopé et non dopé à propriétés photovoltaïques à partir d'une solution aqueuse PDF Download
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Author: Alexandre Ma
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Languages : fr
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Book Description
Ce travail de thèse s'insère dans la Recherche et Développement du Photovoltaïque. L'objectif était d'étudier, développer et optimiser un nouveau procédé plasma de dépôt pour l'élaboration de couches minces d'oxyde de zinc (ZnO) pour l'application de couche fenêtre dans les cellules solaires de type Cu(In,Ga)Se2. La particularité de ce procédé est de réaliser rapidement des couches d'oxyde (≥ 0,6 nm/s) à partir d'une solution aqueuse de précurseurs non toxiques, interagissant, sous forme de gouttes, avec le plasma. La faisabilité du dépôt de ZnO par le réacteur plasma basse puissance (LPPR) a été vérifiée en obtenant des couches de ZnO homogènes, cristallines et transparentes grâce à l'optimisation des paramètres du réacteur. Le diagnostic du réacteur plasma et la modélisation/simulation du réacteur nous ont permis de constater que l'état physique et la taille des gouttes influent sur la qualité des couches d'oxyde. Des cellules solaires ont été réalisées permettant de valider la qualité des couches de ZnO obtenues via notre procédé plasma. Les meilleurs rendements sont d'environ 14 % ce qui est très prometteur pour les recherches futurs. L'étude du dopage de type N du ZnO a été abordé dans le but de réaliser une couche fenêtre complète par le réacteur LPPR. Cependant beaucoup d'améliorations et d'études restent à faire telles que la mise en place d'un système d'injection sophistiqué, ou encore l'investigation approfondie sur le dopage. Néanmoins une étude des coûts matières/énergie du procédé a été réalisée afin de pouvoir positionner le réacteur plasma parmi les autres techniques employées pour la réalisation de cellules CIGS.
Author: Alexandre Ma
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Ce travail de thèse s'insère dans la Recherche et Développement du Photovoltaïque. L'objectif était d'étudier, développer et optimiser un nouveau procédé plasma de dépôt pour l'élaboration de couches minces d'oxyde de zinc (ZnO) pour l'application de couche fenêtre dans les cellules solaires de type Cu(In,Ga)Se2. La particularité de ce procédé est de réaliser rapidement des couches d'oxyde (≥ 0,6 nm/s) à partir d'une solution aqueuse de précurseurs non toxiques, interagissant, sous forme de gouttes, avec le plasma. La faisabilité du dépôt de ZnO par le réacteur plasma basse puissance (LPPR) a été vérifiée en obtenant des couches de ZnO homogènes, cristallines et transparentes grâce à l'optimisation des paramètres du réacteur. Le diagnostic du réacteur plasma et la modélisation/simulation du réacteur nous ont permis de constater que l'état physique et la taille des gouttes influent sur la qualité des couches d'oxyde. Des cellules solaires ont été réalisées permettant de valider la qualité des couches de ZnO obtenues via notre procédé plasma. Les meilleurs rendements sont d'environ 14 % ce qui est très prometteur pour les recherches futurs. L'étude du dopage de type N du ZnO a été abordé dans le but de réaliser une couche fenêtre complète par le réacteur LPPR. Cependant beaucoup d'améliorations et d'études restent à faire telles que la mise en place d'un système d'injection sophistiqué, ou encore l'investigation approfondie sur le dopage. Néanmoins une étude des coûts matières/énergie du procédé a été réalisée afin de pouvoir positionner le réacteur plasma parmi les autres techniques employées pour la réalisation de cellules CIGS.
Author: Kamal Baba
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Languages : fr
Pages : 24
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Ce travail de thèse a pour but la mise au point et l’optimisation d’un nouveau procédé de dépôt de couches minces d’oxyde de zinc pour des applications photovoltaïques. Le principe de ce procédé, nommé « Spray Plasma », consiste à injecter un aérosol de microgouttelettes d’une solution aqueuse de nitrate ou chlorure de zinc dans un réacteur plasma basse pression. Sous l’effet de l’évaporation rapide et la réactivité du plasma d’argon/oxygène, le précurseur de zinc est transformé en couches minces d’oxyde sur la surface du substrat à température contrôlée. La transformation chimique fait intervenir des radicaux d’oxygène, de OH, des électrons, et des espèces excitées d’argon ou d’oxygène. La caractérisation expérimentale de la décharge par spectroscopie d’émission et par sonde de Langmuir nous a permis de déterminer les paramètres plasma tels que la température électronique (2-4 eV), la température du gaz (400 K), la densité des ions ainsi que l’évolution des espèces réactives du plasma. Parallèlement, ont été développés un modèle hydrodynamique pour calculer l’évolution de la taille et de la température des gouttelettes dans le réacteur d’une part, et un modèle cinétique en volume pour calculer l’évolution des paramètres du plasma d’autre part. La caractérisation des films par différentes techniques (DRX et MEB) nous a montré l’obtention de films nanostructurés avec des vitesses de dépôt de l’ordre de 90 nm/min. Le contrôle des paramètres de dépôt tels que la température du substrat, la concentration en précurseur et la fraction d’oxygène, permet de contrôler l’orientation cristalline, l’épaisseur, la rugosité et la taille des grains des films. Nous avons étudié le rôle de chaque paramètre sur la croissance des films et leurs propriétés structurales, optiques et électriques et corrélé ces résultats avec les caractéristiques du plasma.
Author: EL BEKKAYE.. YOUSFI
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Languages : fr
Pages : 228
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LE BUT DE CE TRAVAIL EST D'ELABORER DES FILMS D'OXYDE DE ZINC (INTRINSEQUE ET DOPE ALUMINIUM (ZNO : AL)) PAR LA METHODE DE DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR A FLUX ALTERNES (ALE). CES FILMS VONT SERVIR COMME COUCHES FENETRE POUR LES CELLULES SOLAIRES DE CU(IN, GA)SE 2 (CIGS). LES COUCHES DE ZNO SONT DEPOSEES A BASSE TEMPERATURE (75\C-300\C) A PARTIR DE DIETHYLZINC (DEZN) ET L'EAU. LE DOPAGE SE FAIT A L'AIDE DE TRIMETHYLALUMINIUM (TMAI). LA CARACTERISATION DE CES COUCHES (PROPRIETES ELECTRIQUES ET OPTIQUES) A MONTRE QUE CES DERNIERES POSSEDENT LES PROPRIETES REQUISES (BONNE TRANSMISSION OPTIQUE ET FAIBLE RESISTIVITE ELECTRIQUE) POUR LES APPLICATIONS PHOTOVOLTAIQUES. LES MEILLEURES CELLULES (ZNO : AL(ALE)/CDS/CIGS) OBTENUES PRESENTENT UN RENDEMENT DE 15,1%. POUR REMPLACER LA COUCHE DE CDS, D'AUTRES COUCHES TELLES QUE ZNS, ZN(O,S), AL 2O 3 ET IN 2S 3 SONT EGALEMENT DEPOSEES PAR ALE. L'ENSEMBLE DES CARACTERISATIONS NOUS A PERMIS D'EVALUER LEURS PROPRIETES PHYSIQUES ET DE CHOISIR LE MEILLEUR MATERIAU SUSCEPTIBLE DE REMPLACER LA COUCHE DE CDS DANS LES CELLULES AU CIGS. LES MEILLEURS RENDEMENTS SONT OBTENUS AVEC UNE COUCHE D'IN 2S 3 (13,5%). LA CARACTERISATION IN-SITU, REALISEE PAR MICROBALANCE A QUARTZ, PERMET DE SUIVRE LA CROISSANCE EN TEMPS REEL COUCHE ATOMIQUE PAR COUCHE ATOMIQUE. CETTE METHODE NOUS A PERMIS DANS UN PREMIER TEMPS D'OPTIMISER LES PARAMETRES DE CROISSANCE DES DIFFERENTES COUCHES DEPOSEES, ET DANS UN DEUXIEME TEMPS, D'EXAMINER LES MECANISMES REACTIONNELS POSSIBLES. POUR LA CROISSANCE DE ZNO, CETTE METHODE NOUS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LES PHENOMENES DE NUCLEATION ET DE COALESCENCE.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: NICOLAS.. BAUDUIN
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Languages : fr
Pages : 268
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE D'UN REACTEUR PLASMA BASSE PRESSION R.F. UTILISE POUR LE DEPOT, A PARTIR D'UN MELANGE ARGON - OXYGENE - TETRAMETHYLETAIN, DE COUCHES MINCES D'OXYDE D'ETAIN AUX PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES, OPTIQUES ET ELECTRIQUES CONTROLEES. L'ETUDE DE LA PHASE PLASMA A L'AIDE D'UNE MODELISATION CINETIQUE, REACTIONNELLE ET ENERGETIQUE ET PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION SOULIGNE LE CARACTERE HORS EQUILIBRE DE LA DECHARGE (TEMPERATURE ELECTRONIQUE : 4 EV, TEMPERATURE DE VIBRATION : N 2(C) 3500 K ET N 2(X) 900K ET TEMPERATURE DE ROTATION : OH DE 350 K). D'AUTRE PART, LA SPECTROMETRIE DE MASSE MONTRE DANS LES CONDITIONS OPTIMALES DE DEPOT, LA FORTE DECOMPOSITION DE PRECURSEUR ORGANOMETALLIQUE (>90%) DONNANT LIEU A LA FORMATION D'ESPECES CARBONEES ET HYDROCARBONEES. LE FORT POUVOIR OXYDANT DE LA DECHARGE CONDUIT A LA FORMATION D'ESPECES OXYDEES DE TYPE CO, CO 2, H 2O, C XH YO Z. NOUS OBTENONS AINSI DES COUCHES EXEMPTES DE CARBONE AYANT UNE FORTE CONDUCTIVITE ELECTRIQUE (90 1.CM 1). L'ETUDE DE LA SYNTHESE DE COMPOSES MIXTES SNO 2-FLUOR MONTRE QU'UNE INCORPORATION TROP IMPORTANTE DE FLUOR (SOUS FORME DE SF 6) ENGENDRE UNE DEGRADATION DES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DE LA COUCHE PAR DES PROCESSUS DE GRAVURE ET DE FONCTIONALISATION DU FILM AVEC CREATION DE LIAISONS SN-F. CEPENDANT, UN DOPAGE DES COUCHES EST OBTENU CARACTERISE PAR L'AUGMENTATION DE LA CONDUCTIVITE ELECTRIQUE (125 1.CM 1) DANS LE CAS DE TRES FAIBLES TENEURS DE SF 6. LES COMPOSES MIXTES SNO 2-ANTIMOINE SONT DES COUCHES D'OXYDE D'ETAIN CONTENANT DES ILOTS METALLIQUES D'ANTIMOINE OBTENUS PAR PULVERISATION D'UNE CATHODE D'ANTIMOINE. L'AUGMENTATION DU POURCENTAGE D'OXYGENE DANS LA DECHARGE ENGENDRE LA CHUTE DE LA PULVERISATION MAIS FAVORISE L'OXYDATION DU FILM CONDUISANT A DES COUCHES EXEMPTES DE CARBONE.
Author: Sana Ben Yahia
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Languages : fr
Pages : 178
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Book Description
Ce travail concerne l’élaboration, par un procédé type sol-gel, de couches minces de ZnO et l’étude de leurs propriétés structurales et optiques. Les films sont déposés sur des substrats de verre, à partir d’une solution d’acétate de zinc dihydrate Zn(CH3COO)2.2H2O dans l’éthanol. La monoéthanolamine (MEA) est ajoutée à la solution de dépôt pour assurer sa stabilité. Les films, transparents et lisses, ont été pré-traités à 300°C pendant 10 minutes après chaque étape de dépôt et traités, en final, à 550°C pendant 2h. Des films fortement orientés suivant le plan (002) sont obtenus. Le dépôt de la solution est principalement effectué par "spin-coating.La première partie de la thèse a été d’établir, de manière phénoménologique, le processus d’élaboration des films en fonction de la concentration des solutions mères, à la fois du point de vue du solvant mais aussi de l’agent complexant. La conclusion de cette partie a conduit à privilégier l’élaboration de films à partir de solutions mères avec des concentrations en sel précurseur de 0.75M dans l’éthanol. D’autre part le meilleur compromis entre la stabilité de la solution mère et la cinétique de structuration des films sur leur substrat est donné par une concentration en monoéthanolamine (MEA), introduit avant reflux dans la solution, telle que le rapport molaire [MEA]/[Zn2+]=2. L’étude Raman de la solution de dépôt prouve que, dans ces conditions, les liaisons Zn-O se forment en premier lieu en solution et on admet que ces entités jouent le rôle de germes déclencheurs de la cristallisation lors du traitement des films.La seconde partie de la thèse porte sur la détermination des propriétés morphologiques des films et particulièrement les paramètres qui gouvernent la structure du film de ZnO au fur et à mesure de l’empilement des couches. Nous avons évalué en fonction de la concentration de la solution mère l’évolution de la morphologie des couches successives et la répercussion sur les propriétés optiques. Indépendamment de la première couche d’adhérence, essentiellement tributaire de l’interaction avec le substrat, les observations par MEB et les mesures de diffraction montrent qu’il existe, pour une concentration donnée, un nombre de couches critique à partir du quel le film devient dense et granulaire. De même, il existe une concentration critique de la solution mère au-dessous de la quelle la croissance des films ne s’amorce pas. Les résultats montrent que, pour la concentration de 0,75M, le nombre de couches critiques est de 3. En fait la concentration de la solution mère joue le rôle primordial, dans la mesure où c’est elle qui contrôle la viscosité du milieu lors de la cristallisation du film. En dessous de ces valeurs critiques les films sont amorphes et ne présentent pas de structure granulaire. Enfin, l’étude Raman révèle la présence de contraintes de compression au sein de la structure du film par comparaison avec une de poudre commerciale. Nos avons montré qu’avec ce procédé de synthèse, ont peut obtenir des couches minces homogènes, cristallisées, orientées préférentiellement selon l’axe c d’épaisseur 50nm environ par couche. L’épaisseur augmente linéairement avec le nombre de couches.Dans une troisième partie nous avons évalué l’effet d’un dopage avec des ions Al+++ sur les propriétés des films. Le principal effet observé est une granulométrie plus fine en surface pour des concentrations des solutions mères et de MEA identiques pour l’élaboration d’un film non dopé électrique. Ceci se traduit par une amélioration de l’homogénéité structurale des films. Les meilleures performances sont atteintes pour un dopage en Al+++ de 1%. Les caractéristiques de l’émission laser des films étudiés sont proches de celles mesurées sur des films obtenus par ablation laser. Le seuil d’émission stimulée des films sol-gel ~300-400 kW/cm2 montre de bonnes perspectives d’utilisation de ces films dans des émetteurs bleus. Cependant, un déplacement de llaser avec la croissance de l’énergie du pompage optique présente un effet inattendu, jamais observé précédemment. On note que la mesure de l’efficacité optique LQY suit le même comportement que la fluorescence en fonction du nombre de couches déposées.
Author: Paolo Mele
Publisher:
ISBN: 9781536160864
Category : Zinc oxide thin films
Languages : en
Pages : 0
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Book Description
Zinc oxide (ZnO) is an n-type semiconductor with versatile applications such as optical devices in ultraviolet region, piezoelectric transducers, transparent electrode for solar cells and gas sensors. This book "ZnO Thin Films: Properties, Performance and Applications" gives a deep insight in the intriguing science of zinc oxide thin films. It is devoted to cover the most recent advances and reviews the state of the art of ZnO thin films applications involving energy harvesting, microelectronics, magnetic devices, photocatalysis, photovoltaics, optics, thermoelectricity, piezoelectricity, electrochemistry, temperature sensing. It serves as a fundamental information source on the techniques and methodologies involved in zinc oxide thin films growth, characterization, post-deposition plasma treatments and device processing. This book will be invaluable to the experts to consolidate their knowledge and provide insight and inspiration to beginners wishing to learn about zinc oxide thin films.
Author: Universidade de Coimbra
Publisher:
ISBN: 9789892021577
Category : Fire weather
Languages : en
Pages : 355
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