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Nouvelle méthode de croissance sélective de couches minces pour le photovoltaïque transparent

Des chercheurs de l’IJL ont développé une méthode de croissance sélective de couches minces simplifiant la réalisation de dispositifs de photo-détection et photovoltaïques segmentés. Cela s'est fait en partenariat avec l’Université Technologique de Luleå en Suède, et l’Université de la Sarre, en Allemagne.


La croissance sélective de revêtements s’impose progressivement comme alternative aux méthodes de lithographie pour déposer de façon localisée de la matière à la surface d’un support.


Elle fait généralement appel à une première étape de fonctionnalisation par des monocouches organiques auto-assemblées (self-assembly monolayers, SAMs) qui inhibent ou, au contraire, stimulent la croissance de revêtements lors d’une seconde étape.


Cependant, ces SAMs sont instables thermiquement et en présence de plasmas, ce qui limite fortement les possibilités de les utiliser.


Les chercheurs investis dans cette étude ont mis au point une méthode alternative basée sur une sélectivité induite par la manipulation de la conductivité du support. Pour cela, un système modèle a considéré la croissance de phases à base de cuivre (cuivre métallique et oxyde de cuivre Cu2O) sur de l’oxyde de  zinc, ZnO, de conductivité contrôlée par dopage intrinsèque ou extrinsèque.


En fonction des conditions d’élaboration et des propriétés électriques de ZnO, la croissance de Cu ou Cu2O peut être induite de manière sélective ou complétement inhibée. En contrôlant spatialement la conductivité du support, il est alors possible de déposer localement et simultanément l’une ou l’autre des phases ou de maintenir le support vierge.


Afin d’illustrer quelques applications possibles d’une telle approche dans le domaine du photovoltaïque et de la photo-détection, plusieurs types de dispositifs ont été réalisés illustration ci-dessus) :

> des nano-jonctions segmentées et des jonctions minces p-Cu2O/n-ZnO

> des surfaces de nanoparticules de cuivre interfacées avec ZnO présentant un comportement de photo-détection auto-alimenté par injection d’électrons chauds

 

Références :

Local structure and point defects-dependent Area-Selective Atomic Layer Deposition Approach for Facile Synthesis of p-Cu2O/n-ZnO Segmented Nano-junctions
ACS Applied Materials and Interfaces
10 (2018) 37671-37678
https://doi.org/10.1021/acsami.8b12584


Tunable Localized Surface Plasmon Resonance and Broadband Visible Photoresponse of Cu Nanoparticles/ZnO Surfaces

ACS Applied Materials and Interfaces 10 (2018) 40958-40965
https://doi.org/10.1021/acsami.8b17194


Semi-Transparent p‑Cu2O/n-ZnO Nanoscale-Film Heterojunctions for Photodetection and Photovoltaic Applications

ACS Applied Nano Materials 2 (2019) 4358−4366
https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00808

 

Légende de l'illustration : Nouvelle méthode de croissance sélective par dépôt par couche atomique (ALD) basée sur le contrôle des propriétés électriques du substrat et quelques applications possibles