Elaboration and characterization of titanium dioxide thin films by Sol-Gel (spin - coating) process for photovoltaic applications

Abstract

Elaboration and characterization of titanium dioxide thin films by Sol-Gel (spin - coating) process for photovoltaic applications. Titanium oxide thin films have been deposited on glass substrates by sol-gel spin coating method using titanium tetra-isopropoxide (TTIP), absolute methanol and acetylacetone as precursor solution, solvent and catalyzer, respectively. The effect of the number of layers, the mixed solvent's percentage of ethanol and methanol, the drying temperature, the stirring (mixing) time, lanthanum (La) doping and manganes (Mn) doping on the structural, optical and electrical properties of TiO2 films, these films were annealed at 500 °C. All films have been characterized by multiple techniques such as X-ray diffraction (XRD), UV-Visible spectroscopy, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and four probe method to investigate the physical properties of titanium dioxide films. X-ray diffraction analysis showed that the films are polycrystalline in nature having tetragonal structure of anatase phase with preferred growth orientation along (101) plane. The transmittance of TiO2 films was high up to 90 % and it is probably related to the good crystalline quality of the films. The band gap was varied between 3.37 and 3.75 eV. Furthermore, the electrical measurements revealed that prepared TiO2 films at different drying temperatures have a low resistivity (about 11.10 × 102 – 1.22× 102 (Ω.cm)) which made these films suitable for photovoltaic and optoelectronic applications

Elaboration et caractérisation des couches minces d’oxyde de titane par voie Sol-Gel (spin - coating) en vue d’applications photovoltaïques. Des films minces de d'oxyde de titane ont été déposés sur des substrats de verre par la trchnique de revêtement par centrifugation sol-gel en utilisant du tétra-isopropoxyde de titane (TTIP), du méthanol absolu et de l'acétylacétone comme solution précurseur, solvant et catalyseur, respectivement. L’effets de la nombres des couches, du pourcentage d'éthanol et de méthanol du solvant mélangé, la température de séchage, le temps d'agitation (mélange), dopage par lanthane (La) et dopage par manganes (Mn) sur les propriétés structurelles, optiques et électriques des films de TiO2 , ces films ont été recuits à 500 °C. Tous les films ont été caractérisés par de points pour étudier les propriétés physiques des films d'oxyde de titane. L'analyse par diffraction des nombreuses techniques telles que la diffraction des rayons X (DRX), la spectroscopie UV-Visible, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IR-TF) et la méthode de quatre rayons X a montré que les films sont de nature polycristalline et présentent une structure tétragonale de phase anatase avec une orientation de croissance préférée selon le plan (101). La transmittance des couches d'TiO2 était élevée jusqu'à 90% et elle est probablement liée à la bonne qualité cristalline des films. La bande interdite variait entre 3.37 et 3,75 eV. De plus, les mesures électriques ont révélé que les films de TiO2 préparés à différentes températures de séchage ont une faible résistivité (environ 11.10 × 102 – 1.22 × 102 (Ω.cm)) ce qui rend ces films adaptés aux applications photovoltaïques et optoélectroniques

تحضير و توصيف الشرائح الرقيقة لأكسيد التيتانيوم بواسطة تقنية الطرد المركزي سائل - هلام من أجل التطبيقات الكهروضوئية تم ترسيب الشرائح الرقيقة لأكسيد التيتانيوم على ركائز زجاجية بواسطة تقنية الطرد المركزي سائل – هلام باستخدام التيتانيوم رباعي الأيزوبروبوكسيد ، الميثانول وأسيتيل الأسيتون كمصدر، مذيب ومثبت على التوالي. وقد تم دراسة تأثیر كل من عدد الطبقات ، نسبة المذيب المختلط من الإيثانول و الميثانول، درجة حرارة التجفيف ، وقت تحريك (خلط) المحلول ، التطعيم باستخدام اللونثانم والمنغنيزعلى الخصائص البنيوية ، الضوئية والكهربائية لشرائح أكسيد التيتانيوم الرقيقة ، حيث تم تلدين هذه الأفلام عند 500 درجة مئوية. تم توصيف كل الشرائح باستعمال عدة طرق مثل انعراج الأشعة السينية ، المطيافية فوق البنفسجية والمرئية، مطيافية الأشعة تحت الحمراء( FTIR ) وتقنية المسابیر الأربعة. أظهرت تحاليل نتائج إنعراج الأشعة السينية أن الشرائح ذات طبيعة متعددة البلورات ببنية رباعية الشكل وفق الطور أناتاز مع اتجاه مفضل للنمو وفق المستوي (101). إضافة إلى ذلك كانت نفاذية شرائح أكسيد التيتانيوم عالية بحيث وصلت إلى النسبة 90 % وقد يعود ذلك للتبلور الجيد لهذه الشرائح. كما تتراوح قيم فجوة النطاق الممنوع ما بين 3.37- 3.75 إلكترون فولط. علاوة عن ذلك، أظهرت القياسات الكهربائية أن أغشية أكسيد التيتانيوم المحضرة عند درجات حرارة تجفيف مختلفة تملك أقل مقاومية من بين الشرائح المحضرة (تتراوح ما بين 11.10 x 102-1.22 x 102 أوم.سم) مما يجعلها صالحة للاستعمال في التطبيقات الكهروضوئية و الإلكتروضوئية.