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| Titre : | Etude, synthèse et optimisation de la couche compacte de TiO2 pour applications cellules solaires | | Type de document : | document électronique | | Auteurs : | KADRI Laid, Auteur | | Année de publication : | 2020-2021 | | Accompagnement : | CD | | Langues : | Français (fre) | | Mots-clés : | machine multifonctionnelle, PSCs, PLD, couche compacte, TiO2, cellules solaires, frittage, cible, nano-film, amorphe.
multifunctional machine, PSCs, PLD, compact layer, TiO2, solar cells, sintering, target, nanofilm, amorphous. | | Résumé : | Le travail de cette thèse concerne l’étude, synthèse et l’optimisation de la couche compacte de TiO2 pour applications cellules solaires. Dans cette optique, trois axes de recherche ont été envisagés. Le premier repose sur la mise en œuvre d'une machine multifonctionnelle pour la fabrication des couches minces par les techniques chimiques (Spray, Dip-coating, CBD et SILAR), appliquées aux : cellules solaires, capteurs, microélectronique, systèmes micro-électromécanique (MEMS). L'invention fournit un banc d'essai automatique, propre et flexible avec consommation énergétique modérée. La deuxième concerne la fabrication préliminaire des cellules solaires à base de pérovskites (PSCs). Les analyses structurelles par XRD des films déposées ont été montrées la formation de la couche de transport d’électrons de TiO2 (ETL), avec la couche de pérovskite (PL) sous l'influence du solvant DMF non évaporé. La troisième focalise sur l'optimisation de la couche compacte de TiO2 en vue de leur application dans des cellules solaires à base de pérovskites (PSCs). Nous avons étudié l'effet de la température de frittage de la cible de dioxyde de titane (TiO2) sur les propriétés morphologiques et optiques des couches minces de dioxyde de titane amorphe, synthétisés par dépôt laser pulsé (PLD) sur un substrat de verre d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), suivi par le traitement thermique sous air à basse température (150 °C). Trois types de cibles ont été utilisés, non frittée (pressées à température ambiante), frittées à 500 °C et frittées à 1000 °C. La morphologie des échantillons a été étudiée par microscopie électronique à balayage (SEM), et le profil-métre a été utilisée pour les mesures d'épaisseur. Les propriétés structurelles des films ont été examinées par diffraction des rayons X (XRD), tandis que leurs propriétés optiques ont été étudiées par spectroscopie UV-vis. Les films minces de TiO2 obtenus ont une structure amorphe, comme le montre l'analyse XRD. Le profil-mètre a montré que les échantillons des cibles frittées ont des épaisseurs plus fiables que l’échantillon de la cible non fritté. Les études SEM ont révélé une homogénéité des films nanométriques de TiO2 des cibles frittées et des agglomérats dans le cas du film de la cible non frittée. Le spectre de transmission UV-vis des nano-films a montré une transparence élevée dans le domaine du visible, proportionnelle à la température de frittage de la cible. Les énergies de gap optiques des nano-films déposés à l'aide des cibles frittées à 500 °C et 1000 °C sont plus proches de celles des phases anatase et rutile de TiO2, respectivement, ce qui offre une approche prometteuse pour relever les défis des nanostructures à base de TiO2 amorphes, en vue de leur intégration dans des cellules solaires à base de pérovskites (PSC).
The work of this thesis concerns the study, synthesis and optimization of the TiO2 compact layer for solar cells applications. In this scope, three outlines of research have been focused.
The first is based on the implementation of multifunctional machine for the fabrication of thin films by chemical techniques (Spray, Dip-coating, CBD and SILAR), applied to: solar cells, sensor, microelectronics, microelectro-mechanical systems (MEMS). The invention provides a clean, flexible and automatic set-up with moderate energy consumption.
The second concerns the preliminary growth of perovskite-based solar cells (PSCs). The XRD structural analyses of the deposited films have shown the formation of the TiO2 electron transport layer (ETL), with the perovskite layer (PL) influenced by non-evaporated DMF solvent.
The third focuses on the TiO2 compact layer optimization, to apply in PSCs. we report on the effect of titanium dioxide (TiO2) target sintering temperature on the morphological and optical properties of amorphous titanium dioxide thin films synthesized by pulsed laser deposition (PLD) on indium tin oxide (ITO) glass substrate and subsequently heat-treated in air at low temperature (150 °C). Three types of targets were used, unsintered (pressed at room temperature), sintered at 500 °C and sintered at 1000 °C. The surface morphology of the samples was investigated by scanning electron microscopy (SEM), and profilometry was used for thickness measurements. The structural properties of the films were examined by X-ray diffraction (XRD), while their optical properties were studied by UV-vis spectroscopy. The obtained TiO2 thin films have an amorphous structure, as shown by XRD analysis. Profilometer showed that sintered target samples have more reliable thicknesses than unsintered ones. The SEM studies revealed the sufficient structural homogeneity of sintered target nanosized TiO2 films and agglomerates in the case of unsintered target film. The UV-vis transmittance spectra showed high transparency in the visible range of PLD films, proportional to the target sintering temperature. The optical band gaps of the nanofilms deposited using the 500 °C and 1000 °C sintered targets are closer to those of anatase and rutile TiO2 phases, respectively, which provides a promising approach to the challenges of amorphous TiO2-based nanostructures, for integration into perovskite-based solar cells (PSC).
| | Directeur de thèse : | ADNANE Mohammed |
Etude, synthèse et optimisation de la couche compacte de TiO2 pour applications cellules solaires [document électronique] / KADRI Laid, Auteur . - 2020-2021 . - + CD. Langues : Français ( fre) | Mots-clés : | machine multifonctionnelle, PSCs, PLD, couche compacte, TiO2, cellules solaires, frittage, cible, nano-film, amorphe.
multifunctional machine, PSCs, PLD, compact layer, TiO2, solar cells, sintering, target, nanofilm, amorphous. | | Résumé : | Le travail de cette thèse concerne l’étude, synthèse et l’optimisation de la couche compacte de TiO2 pour applications cellules solaires. Dans cette optique, trois axes de recherche ont été envisagés. Le premier repose sur la mise en œuvre d'une machine multifonctionnelle pour la fabrication des couches minces par les techniques chimiques (Spray, Dip-coating, CBD et SILAR), appliquées aux : cellules solaires, capteurs, microélectronique, systèmes micro-électromécanique (MEMS). L'invention fournit un banc d'essai automatique, propre et flexible avec consommation énergétique modérée. La deuxième concerne la fabrication préliminaire des cellules solaires à base de pérovskites (PSCs). Les analyses structurelles par XRD des films déposées ont été montrées la formation de la couche de transport d’électrons de TiO2 (ETL), avec la couche de pérovskite (PL) sous l'influence du solvant DMF non évaporé. La troisième focalise sur l'optimisation de la couche compacte de TiO2 en vue de leur application dans des cellules solaires à base de pérovskites (PSCs). Nous avons étudié l'effet de la température de frittage de la cible de dioxyde de titane (TiO2) sur les propriétés morphologiques et optiques des couches minces de dioxyde de titane amorphe, synthétisés par dépôt laser pulsé (PLD) sur un substrat de verre d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), suivi par le traitement thermique sous air à basse température (150 °C). Trois types de cibles ont été utilisés, non frittée (pressées à température ambiante), frittées à 500 °C et frittées à 1000 °C. La morphologie des échantillons a été étudiée par microscopie électronique à balayage (SEM), et le profil-métre a été utilisée pour les mesures d'épaisseur. Les propriétés structurelles des films ont été examinées par diffraction des rayons X (XRD), tandis que leurs propriétés optiques ont été étudiées par spectroscopie UV-vis. Les films minces de TiO2 obtenus ont une structure amorphe, comme le montre l'analyse XRD. Le profil-mètre a montré que les échantillons des cibles frittées ont des épaisseurs plus fiables que l’échantillon de la cible non fritté. Les études SEM ont révélé une homogénéité des films nanométriques de TiO2 des cibles frittées et des agglomérats dans le cas du film de la cible non frittée. Le spectre de transmission UV-vis des nano-films a montré une transparence élevée dans le domaine du visible, proportionnelle à la température de frittage de la cible. Les énergies de gap optiques des nano-films déposés à l'aide des cibles frittées à 500 °C et 1000 °C sont plus proches de celles des phases anatase et rutile de TiO2, respectivement, ce qui offre une approche prometteuse pour relever les défis des nanostructures à base de TiO2 amorphes, en vue de leur intégration dans des cellules solaires à base de pérovskites (PSC).
The work of this thesis concerns the study, synthesis and optimization of the TiO2 compact layer for solar cells applications. In this scope, three outlines of research have been focused.
The first is based on the implementation of multifunctional machine for the fabrication of thin films by chemical techniques (Spray, Dip-coating, CBD and SILAR), applied to: solar cells, sensor, microelectronics, microelectro-mechanical systems (MEMS). The invention provides a clean, flexible and automatic set-up with moderate energy consumption.
The second concerns the preliminary growth of perovskite-based solar cells (PSCs). The XRD structural analyses of the deposited films have shown the formation of the TiO2 electron transport layer (ETL), with the perovskite layer (PL) influenced by non-evaporated DMF solvent.
The third focuses on the TiO2 compact layer optimization, to apply in PSCs. we report on the effect of titanium dioxide (TiO2) target sintering temperature on the morphological and optical properties of amorphous titanium dioxide thin films synthesized by pulsed laser deposition (PLD) on indium tin oxide (ITO) glass substrate and subsequently heat-treated in air at low temperature (150 °C). Three types of targets were used, unsintered (pressed at room temperature), sintered at 500 °C and sintered at 1000 °C. The surface morphology of the samples was investigated by scanning electron microscopy (SEM), and profilometry was used for thickness measurements. The structural properties of the films were examined by X-ray diffraction (XRD), while their optical properties were studied by UV-vis spectroscopy. The obtained TiO2 thin films have an amorphous structure, as shown by XRD analysis. Profilometer showed that sintered target samples have more reliable thicknesses than unsintered ones. The SEM studies revealed the sufficient structural homogeneity of sintered target nanosized TiO2 films and agglomerates in the case of unsintered target film. The UV-vis transmittance spectra showed high transparency in the visible range of PLD films, proportional to the target sintering temperature. The optical band gaps of the nanofilms deposited using the 500 °C and 1000 °C sintered targets are closer to those of anatase and rutile TiO2 phases, respectively, which provides a promising approach to the challenges of amorphous TiO2-based nanostructures, for integration into perovskite-based solar cells (PSC).
| | Directeur de thèse : | ADNANE Mohammed |
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Mise en oeuvre d’un réacteur de dépôt pyrosol / KADRI Laid
