Croissance par ablation laser pulsé de nouvelles phases d'oxyde de titane pour l'électronique transparente et la conversion de photons

par Emmanuel Le Boulbar

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Eric Millon.

Le président du jury était Esidor Ntsoenzok.

Le jury était composé de Eric Millon, Esidor Ntsoenzok, Corinne Champeaux, Aline Rougier, Eric Tomasella, Jean-Baptiste Quoirin.

Les rapporteurs étaient Corinne Champeaux, Aline Rougier.


  • Résumé

    Le photovoltaïque nécessite de nouveaux matériaux pour diminuer ces coûts et améliorer les rendements. Ces travaux de thèse ont concerné le développement de nouvelles phases d'oxyde de titane pour l'électronique transparente et la conversion de photon appliquée au PV silicium. L'ablation laser pulsé est une méthode de croissance particulièrement adaptée pour la prospection de matériaux aux propriétés innovantes. Le contrôle des phases anatase, rutile et d'une phase de composition TiO1.45 épitaxié en fonction de la pression partielle d'oxygène a permis de réaliser des films aux propriétés électriques, optiques innovantes. Un film biphasé anatase/rutile dopé niobium (TNO1.80) présente ainsi une transition métal-semi-conducteur aux alentours de 68K. Par ailleurs, le film de composition TiO1.45 épitaxié s'est révélé être un oxyde transparent conducteur de type p. La découverte de ce nouveau p-TCOs a été valorisée et validée par l'élaboration d'une homojonction p - n transparente. Les matrices d'oxyde de titane rutile et anatase ont également été utilisées pour accueillir des ions terres rares Ln3+ afin de convertir les photons ultra-violet du spectre solaire incident vers le proche infrarouge (800 > λ > 1100 nm). Le transfert d'énergie des matrices TiO2 vers les dopants Ln3+ a été étudié en fonction de la structure, de la quantité de dopant ainsi que la qualité de la microstructure des films dopés Ln3+ (Ln3+=Pr3+,Tm3+,Eu3+,Yb3+,Nd3+).

  • Titre traduit

    Growth by pulsed laser deposition of new titanium oxide phases for transparent electronics and conversion of photon


  • Résumé

    New materials are needed to decrease cost and improve photovoltaic cell performance. These thesis works are focused on the development of new titanium oxide phases for transparent electronic and photon conversion applied to silicon solar cell. Pulsed laser deposition is an adapted growth method for the prospection of materials with innovating properties. The control of epitaxial growth of anatase, rutile and a phase with a composition TiO1.45 in function of oxygen partial pressure allowed us to realize films with innovating electrical and optical properties. A two phase anatase/rutile film doped niobium (TNO1.80) have shown a metal-semiconductor transition about 68 K. Moreover, transparent TiO1.45 epitaxial thin film has displayed a p-type semiconduction behaviour which has been confirmed by the elaboration of a transparent p - n homojunction. Rutile and anatase titanium oxide matrix were also used to host rare earths ions in order to convert ultraviolet to near infra-red photon (800 > λ > 1100 nm). TiO2 matrix to dopant transfer has been studied in function of crystal structure, doping content and the quality of microstructure of films doped Ln3+(Ln3+=Pr3+,Tm3+,Eu3+,Yb3+,Nd3+).


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