Films with graded refractive index based on silicon and titanium oxides. Application to solar cells

 

Films à gradient d’indice de réfraction à base d’oxydes de silicium et de titane. Application aux cellules solaires

 

A. Mahdjoub*, L. Zighed, L. Remache

  Laboratoire des Matériaux et Structures des Systèmes Electromécaniques et leur Fiabilité, (LMSSEF)

Centre universitaire L. Benmhidi, B.P 358,  04000 O.E.Bouaghi.  

* Corresponding author. E-mail:abdelmah@yahoo.com

Received: 09 April 2006; revised version accepted:26 December 2006

 

 Abstract

Thin films with graded refractive index constituted from silicon and titanium oxides were deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition using electron cyclotron resonance. A plasma of oxygen reacted with two precursors: the tetraethoxysilane (TEOS) and the titanium isopropoxide (TIPT). The automatic regulation of the precursors flows makes it possible to modify the chemical composition, and consequently the optical index, through the deposited films. To control the thickness, the refractive index and the growth kinetic, in-situ spectroscopic ellipsometer was adapted to the reactor. The analysis of ex-situ ellipsometric spectra measured at the end of each deposition allows determination of refractive index  profile and optical properties of the inhomogeneous deposited films. Measurements of reflectivity taken in the ultraviolet-Visible-near infrared range show that these films could be used as antireflective coatings for silicon solar cells : 3.7% weighted average reflectivity between 300 and 1100 nm and 48% improvement of the photo-generated current were obtained.

 

Keywords : ECR-PECVD; Graded index; Reflectance and solar cell.

 

Résumé 

     Des films minces avec des indices de réfractions variables  constitués d’oxydes de silicium et de Titane ont été déposés par ECR-PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition using Electron Cyclotron Resonance) en utilisant un plasma d’oxygène et le  tétraethoxysilane (TEOS) et l’isopropoxide de titane (TIPT ) comme gaz précurseurs. Le contrôle automatisé des débits de gaz précurseurs permet de modifier la composition chimique des films déposés et par conséquent leurs indices optiques. Des films à gradient d’indice de réfraction, réalisé par cette méthode de dépôt semblent particulièrement intéressants pour des applications solaires. Pour contrôler l’épaisseur, l’indice de réfraction et la cinétique de croissance un spectro-ellipsomètre a été adapté au bâti de dépôt. Le dépouillement des spectres ellipsometriques relevés à la fin de chaque dépôt permet de connaître le profil d’indice et les propriétés optiques des films déposés. Des mesures de réflectivité ont été relevées dans la gamme UV-Visible-proche IR . Les résultats obtenus montrent que ces films réalisés à basse température pourraient être utilisés comme revêtements anti-réfléchissants pour des cellules solaires. La valeur mesurée de la réflectivité moyenne pondérée entre 300 et 1100nm est de  3.7% ce qui permettrait d’améliorer le courant photo-généré de 48%.  

 

Mots clé : ECR-PECVD ; Gradient d’indice ; Réflectivité et cellule solaire.

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