Electrodeposition and Characterization of ZnO Thin Films for Solar Cell Applications

Ce travail porte sur l'étude de la composition chimique, la morphologie et les propriétés optiques des couches minces d'oxyde de zinc déposées par voie électrochimique à partir d'une simple solution aqueuse de chlorure de zinc. Les rangées de nanotiges de ZnO ont été préparées et déposées sur un substrat de dioxyde d'étain dopé au fluor (FTO) à basse température. Les images des nanostructures obtenues par la microscopie électronique à balayage ont montré une structure wurtzite, ou des grains hexagonaux de forme semblable à une tige (aiguille) perpendiculaires à la surface du substrat. Et la couche mince possède une épaisseur d'environ 0.4 - 2.11µm. Le spectre de diffraction par rayon-X montre que la composition chimique des couches minces est presque pure et l'orientation préférentielle de la croissance de ZnO est (002), cette direction est bien est en accord avec les résultats obtenus dans la littérature par calcul. Il est admis que les oxydes métalliques obtenus à l'échelle nanométrique qui conduisent à une distribution ordonnée des charges sont soit de forts accepteurs d'électrons ou favorisent le transport de charges à partir des canaux continus formés le long des nanotiges. Par exemple, ces matériaux possèdent des affinités et des mobilités électroniques élevées qui permettent d'améliorer les propriétés électriques de la photoanode dans une pile solaire photosensibilisée car ceci favorise le transport de charge issu du canal continu le long des nanotiges. La mesure des propriétés électriques, notamment la mesure de la résistivité a été effectuée par la méthode des quatre points. À travers la mesure et le calcul, le résultat des résistivités est d'environ 4.39×103 Ωcm-1, pendant que les énergies de la bande interdite, calculées à partir des résultats expérimentaux par la méthode graphique, sont comprises entre 3.5~3.7eV les échantillons préparés avec des concentrations de 5 mM en inos Zn2+ En outre, dans la présente recherche, nous avons élaboré et optimisé une méthode de formation des couches minces de nanotiges de ZnO par électrodéposition à basse température sur cdes substrats de verre conducteurs. L'épaisseur effective de la couche mince est d'environ 2.11µm, ce qui est évidemment un facteur qui affecte la conductivité et le taux de transport électronique, ainsi que sur la recombinaison liée à la distance parcourue par les porteurs de charge. Ce document présente également les résultats sur les conditions expérimentales optimisées sur la concentration des espèces électroactives utilisées, la température et les paramètres électrochimiques (potentiel et densités de courant) d'élaboration des couches de ZnO les plus performants pour des applicationsdans les dispositifs solaires, la méthode d'électrodéposition utilisée est pratique, efficace et fait gagner du temps. Sur la base des meilleures caractéristiques physico-chimiques obtenues des différentes couches de ZnO qui ont été élaborées, il a été conclu que les électrodes fabriquées à 650C, pendant 40 minutes avec une concentration d'électrolyte de 5mM de chlorure de zinc et 0.1M de chlorure de potassium pour soutenir la solution et un potentiel de dépôt de -1 V/ECS sont les plus performantes. Il a été aussi conclu que les meilleures conditions de l'électrodéposition des électrodes ZnO ont été déterminées. Les résultats peuvent être utilisés dans des travaux ultérieurs pour développer des systèmes énergétiques solaires basés sur des nanotiges de l'oxyde de zinc. Il a été montré que la composition chimique de l'électrolyte de d.épost est crutiale pour la formation de des nanostructures de ZnO ayant des morphologies bien définies. Des structures de type Wurzite avec des nanostructures d'orientation cristallographique préférentielle (002). Les nano tiges de ZnO sont perpendiculaires à la surface du substrat de verre conducteur. Nos résultats expérimentaux doivent supporter l'idée que le mécanisme probable de'électrodéposition de ZnO implique un processus de dissolution précipitation qui qui implique l'oxygène comme précurseur. Ceci se traduit par les équations suivantes : O2 + 2H2O + 4e → 4OH- Zn 2+ + 2 OH- → Zn (OH)2 Zn (OH)2 → ZnO +H2O Ce comporte des étapes d'adsorption de l'ion hydroxyde, la précipitation de l'hydroxyde de zinc et la déposition de l'oxyde de zinc . Les facteurs qui déterminent la morphologie doivent être déterminées de façon précise par des études futuresLes couches de film de ZnO obtenu ont des valeurs de résistivité typique de 10-3 à 105 Ωcm-1. La valeur de la largeur de la bande interdite obtenue à partie des mesures de transmit tance optique des échantillons ont montré une valeur qui varie entre 2.95~3.7eV. Ce sont des valeurs qui sont adaptées à l'utilisation de ce matériau pour des applications solaires. . Ceci permettra une meilleure compréhension des propréts de ce matériau selon les domaines d'applications.