ETUTE DE L’HETEROJONCTION ZnO CdTe

Technique de fabrication

Principe générale « Spray pyrolyse » est le nom le plus courant donné à cette technique. Il compose de : spray et pyrolyse. Spray: est le mot anglais qui indique le jet d’un liquide en fines gouttelettes, lancé par un pulvérisateur. Le générateur ultrason à fréquence de 40 KHz permet de transformer la solution au niveau du bec en un jet de gouttelettes très fines de 40μm de diamètre qui est situé sur la partie inférieure du cylindre. L’ensemble est placé sur un support à hauteur réglable afin de contrôler la distance bec-substrat. La porte substrat, est un plateau de diamètre 25cm, chauffé par effet joule, dont la température peut être régulée à l’aide d’un régulateur de température qui est relié à un thermocouple de type K (chromele-alumelle). Le flacon porte solution alimente à faible débit le dispositif d’atomisation Figure II-1: Procédé spray pyrolyse  Le procède spray pyrolyse est une méthode bien adaptée à la préparation de couches minces. De quelques dizaines de nanomètres à plusieurs centaines de nanomètres d’épaisseur.

Description des étapes de déposition

La description de la formation des films par la méthode de spray pyrolyse peut être résumée comme suit:

Solution de dépôt (source)

L’eau distillée ou l’alcool est souvent employé La composition de la solution finale est déterminée par les corps ou les réactifs dissous dans le dissolvant (solution de départ) selon le rapport stœchiométrique prédéterminé. Comme précurseurs, on emploi des matériaux, habituellement peu coûteux, tels que les nitrates, les chlorures et les acétates qui sont rangés dans la catégorie des réactifs. Comme dissolvant. Dans la solution de base il est nécessaire d’éliminer les problèmes de solubilité et de ségrégation de phase, où les différents composants se précipitent à des temps différents. Pour pallier cela et obtenir des solutions homogènes, nous préconisons d’ajouter, pendant la préparation, une petite quantité d’acide (par exemple, nitrique). La concentration globale de la solution peut être variée de 0.01 à quelque mole /litre. Notons que ce paramètre a pour effet de changer la taille moyenne des particules fluides éjectées. D’après la littérature, quelques techniques incluent le préchauffage de la solution. Ce préchauffage peut, quelque fois, être utile et favorise ou accélère la réaction sur le substrat. Ceci permet d’accroître la vitesse de dépôt et d’améliorer la qualité des films résultants.

Génération de gouttelettes (transport)

La taille et l’homogénéité du matériau déposé peuvent être déterminées à partir de la taille des gouttelettes pulvérisées et de la concentration de la solution, tandis que sa morphologie peut être déterminée par la concentration et la vitesse des gouttelettes produites par les atomiseurs. Concernant l’atomisation ou de manière identique à la production des gouttelettes et leur dispersion dans l’air, plusieurs méthodes d’atomisation ont été employées. Ainsi, il y a variantes comme la méthode de spray pneumatique ou l’air est utilisé comme gaz vecteur ainsi que la méthode de spray ultrasonique. Dans le dispositif de dépôt, la solution de base peut être véhiculée jusqu’au substrat sous l’effet de la compression d’un gaz. La conduite de gaz à deux avantages, d’une part, l’écoulement peut être commandé avec beaucoup de sensibilité et d’autre part, les gaz utilisés peuvent, également, être employés en tant qu’éléments réactifs entrant dans la composition du matériau à déposer, tel qu’O2 pour ZnO. Cependant, pour la plupart des semi-conducteurs Chapitre II : Etude de L’hétérojonction ZnO/CdTe Mémoire de Master présenté par Mme SEYNABOU KANDJI DIOP **LASES**FST/UCAD 14 composés, de l’azote N2 ou un gaz inerte est employé pour éviter les réactions chimiques, entre les matériaux composés et /ou le dissolvant, qui mèneraient à l’addition des impuretés. Dans certains cas, afin d’empêcher l’oxydation des matériaux, un mélange binaire de N2 et H2 est employé en tant que gaz porteur. 

Réaction chimique (Dépôt)

Quand les gouttelettes d’aérosol s’approchent de la surface du substrat chauffé (200-600°C), dans les conditions expérimentales appropriées, la vapeur formée autour de la gouttelette empêche le contact direct entre la phase liquide et la surface du substrat. Cette évaporation des gouttelettes permet un renouvellement continu de la vapeur, donc les gouttelettes subissent la décomposition thermique et donnent la formation de films fortement adhérents. La décomposition thermique d’un composé volatil (par exemple l’acétate de zinc dihydraté) produisant le ZnO, se fait selon la réaction suivante: Figure II.5: Photo du banc de déposition de couches minces par la technique de Spray II-3 Modèle théorique et hypothèses de calculs Dans cette étude, les calculs seront effectués en considérant que le transport des porteurs minoritaires excédentaires se fait uniquement suivant la direction perpendiculaire à la jonction permettant alors d’exprimer les résultats dans l’espace à une dimension. Cette situation est réaliste en ce sens qu’elle correspond au fait que les dimensions latérales de la cellule sont beaucoup plus importantes que son épaisseur. Ainsi la densité des porteurs minoritaires excédentaires et le courant électrique correspondant seront calculés à partir d’un modèle à une dimension représenté sur la figure 4. Description d’une photopile solaire: Une photopile est un dispositif fabriqué à base de semi-conducteur Elle permet la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique. Une photopile est constituée de quatre parties qui sont les suivantes : l’émetteur, la base, la jonction et la face arrière. Cependant l’émetteur et la base sont les parties les plus importantes.