Elaboration des couches minces de Molybdène par voie électrolytique, caractérisation structurale et morphologique

Abstract

Les films de molybdène pur sont intensivement utilisés comme contact arrière pour les cellules solaires CIGS. Cependant, leurs dépôts électrolytiques est connu comme sophistiqué depuis long temps, dû sa réactivité élevée avec l'oxygène lors de sa déposition. Dans cette étude, nous présentons des dépôts réussis des couches en molybdène pur légèrement épaisses (~0.98-2.9 μm) ayant une forte rugosité rms de (~47-58 nm) déposées durant 20 et de 30 minute. Des films Mo pur, métallique et brillant ont été obtenus à partir d’un électrolyte aqueux contenant des ions de molybdate. Les analyses DRX et les mesures de l'effet Hall ont été employées pour confirmer la présence du Mo. Les films obtenus semblent qu’ils se cristallisent en structure cubique centrée (cc) dont elle possède les textures Mo (110), (211) et (220) avec une tendance à l’amorphisation variante d’un échantillon à un autre. Le paramètre de maille montre qu’il exhibe des contraintes de tension. Les paramètres de maille calculés sont en bon accord avec quelques travaux précédents de la littérature. Les discussions sur la croissance de grain montrent qu'elles sont contraintes par l’énergie des joins de grain et non plus par l'effet d'épaisseur. Autres discussions ont été faites par le biais de la morphologie de la surface et par la résistivité électrique. La dispersion de la résonance des électrons de Fermi contribue vers la variation de la résistivité des films par la limitation de la mobilité des porteurs. Molybdenum coatings are extensively utilized as back contact for CIGS-based solar cells. However, their electrodeposition from aqueous electrolyte still sophisticates, since long time, owing to the high reactivity with oxygen. In this study, we present a successful 30 min and 20 min electrodeposition experiment of somewhat thick (~0.98-2.9 μm) and of high surface roughness RMS (~47-58 nm), metallic bright Mo coating from aqueous electrolyte containing molybdate ions. XRD analysis and Hall Effect measurements have been used to confirm the presence of Mo. The crystal structure of deposits was slightly amorphous in nature to body centred cubic structure (bcc) Mo (110), (211) and (220) face. Lattice parameters exhibit some weak fluctuated tensile stress when compared to the reference lattice parameter. Additionally, our calculated lattice parameters are in good agreement with some previous works from literature. Discussions on the grain growth prove that they are constrained by grain boundary energy not the thickness effect. Further discussions were made on the electrical resistivity and surface morphology. Resonance scattering of Fermi electrons are expected to contribute toward the variation in the film resistivity through the carrier mobility limitation. تستعمل رقائق المليبدانيوم الخالصة بطريقة جادة و بكثرة كرقيقة تماس خلفي في الخلايا الشمسية CIGS .لكن عملية كهرووضعها معروفة بتعقيدها منذ عدة سنوات، نظرا لتفاعلها الكبير مع الاكسجين عند وضعها. قمنا في هذه الدراسة بعرض رقائق ناجحة للموليبدانيوم السميكة نوعا ما (~0.98-2.9) ميكرومتر . المتميزة بتضاريس سطحية معتبرة (~47-58) نانومتر و التي تم وضعها في مدتين زمنيين مختلفتين 30 و 20 د . تم التحصل على رقائق الموليبدانيوم المعدنية الخالصة ،البراقة من محلول كهرومائي يحتوي على الموليبدات. تحاليل الاشعة X و قياسات هال تم استعمالها من اجل تأكيد تواجد عنصر الموليبدانيوم. يظهر على الرقائق المحصل عليها أنها تتبلور في بنية مكعبة متمركزة (cc) التي تحتوي على الوسائط الموجهة (110), (211) و (220) التي تؤول إلى بنيات غير متبلورة بطريقة تختلف من رقيقة إلى أخرى. يظهر على عنصر الخلية أنه يتعرض إلى قوى تمدد داخلية. تتوافق عناصر الخلية المحسوبة مع بعض الأعمال السابقة. نقاشنا فيما يخص نمو الحبيبات يظهر انهم يتعرضون إلى قوى تنبثق من طاقات حواف الحبيبات و ليس من تأثير السمك. نقاشات أخرى عرضناها في هذا العمل فيما يخص مورفولوجيا السطح و المقاومية الكهربائية. لعينات الموليبدانيوم المدروسة تباعد التجاوب الإلكتروني للإكترونات فارمي تساعد في تغير المقاومية لهاته الرقائق عن طريق تحديد حركية الإلكترونات.