Despatch

Développement de la méthode à séparation spatiale de dépôt par couches atomiques assistée plasma pour des applications photovoltaïques

Project ID: ANR-16-CE05-0021

Program ANR 2016
Duration 1/2017 -03/2021

Project coordinator: David Muñoz-Rojas (Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique)

Le but de ce projet est triple et peut se traduire selon les trois actions suivantes:
1.- Développer un plasma atmosphérique permettant l’activation d’un dépôt de couche par méthode ALD (Atomic Layer Deposition) en configuration spatiale (SALD) et ce grâce à l’action d’un plasma atmosphérique (APE-SALD). La technique SALD est une variation récente de l’ALD conventionnelle pour laquelle les précurseurs sont séparés dans l'espace plutôt que dans le temps, permettant ainsi d’effectuer d’une part un dépôt à pression atmosphérique et d’autre part d’augmenter la vitesse de dépôt de couches minces de plusieurs ordres de grandeur. L’assistance plasma atmosphérique devrait encore élargir le champ des possibles avec une méthode très versatile car elle permet notamment d’effectuer des dépôts à basse température (<150 ºC) compatible alors avec un plus grand choix de précurseurs et de substrats.
2.- Appliquer la méthode APE-SALD développée pour le dépôt d'oxyde transparent conducteur (TCO) et intégrer ces électrodes transparentes à base de ZnO au sein de cellules solaires Si à hétérojonction (HET), comme une alternative à l’actuel oxyde d’indium et d’étain (ITO) déposé par pulvérisation. La technique SALD apparait idéale pour cette technologie HET car la présence de couches de Si amorphe actif sur ce type de cellules nécessite des conditions de dépôt à basse température associées à des vitesses de dépôts élevées, de manière à être compétitifs industriellement. Réciproquement, les exigences de traitement strictes imposées par les cellules HET (éviter la cristallisation du silicium amorphe) constituent un banc de test idéal et permettra d'évaluer le plein potentiel de la méthode APE-SALD.
3.- Caractériser in -situ sur un plan plus fondamental l’effet de l’utilisation d’un plasma atmosphérique, et notamment les réactions chimiques intermédiaires, afin de mieux comprendre les mécanismes de réaction et les espèces ainsi générées par le plasma.
 

 

Mots clés
spatial atmospheric layer deposition; transparent conductive materials; silicon heterojunction solar cells; in-situ characterization; thin films; semiconducting materials; Chemical deposition; atmospheric plasma





 

Publications multipartenaires :

Article involving LMGP, LTM and GREMI:

• Nguyen, V. H. et al. Atmospheric PlasmaEnhanced Spatial Chemical Vapor Deposition of SiO₂ Using Trivinylmethoxysilane and Oxygen Plasma. Chem. Mater. 32, 5153–5161 (2020).

Article involving LMGP and Annealsys:

• MuñozRojas, D. et al. Speeding up the unique assets of atomic layer deposition. Mater. Today Chem. 12, 96–120 (2019).

Article involving LMGP and GREMI:

• Zoubian, F. et al. Development and characterization of an atmospheric pressure plasma reactor compatible with spatial ALD. J. Phys. Conf. Ser. 1243, 012002 (2019).

Articles involving LMGP and INES:

• Nguyen, V. H. et al. Electron tunneling through grain boundaries in transparent conductive oxides and implications for electrical conductivity: the case of ZnO:Al thin films. Mater. Horizons 5, 715–726 (2018).
• Nguyen, V. H. et al. Impact of precursor exposure on process efficiency and film properties in spatial atomic layer deposition. Chem. Eng. J. 403, 126234 (2021).

Publications monopartenaires :

Articles related to DESPATCH involving LMGP on composite electrodes with metallic nanowires and other transparent conductive materials:

• Nguyen, V. H. et al. Lowcost fabrication of flexible transparent electrodes based on Al doped ZnO and silver nanowire nanocomposites: impact of the network density. Nanoscale 11, 12097–12107 (2019).
• Papanastasiou, D. T. et al. Transparent Heaters : A Review. Adv. Funct. Mater. 30(1), 1910225 (2020).
• Aghazadehchors, S. et al. Versatility of bilayer metal oxide coatings on silver nanowire networks for enhanced stability with minimal transparency loss. Nanoscale 11, 19969–19979 (2019).
• Resende, J. et al. Planar and Transparent Memristive Devices Based on Titanium Oxide Coated Silver Nanowire Networks with Tunable Switching Voltage. Small 17, 2007344 (2021).
• Hanauer, S. et al. Transparent and Mechanically Resistant SilverNanowire-Based Low-Emissivity Coatings. ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 21971–21978 (2021).

Articles related to DESPATCH involving LMGP on the modelling and development of SALD heads and system:

• Masse de la Huerta, C. A. et al. Influence of the Geometric Parameters on the Deposition Mode in Spatial Atomic Layer Deposition : A Novel Approach to AreaSelective Deposition. Coatings 9, 5 (2018).
• Masse de la Huerta, C. A. M. et al. GasPhase 3D Printing of Functional Materials. Adv. Mater. Technol. 5(12), 2000657 (2020).

Articles related to DESPATCH involving LMGP on the deposition of functional SALD coatings for different applications:

• Nguyen, V. H., Bellet, D., Masenelli, B. & MuñozRojas, D. Increasing the Electron Mobility of ZnO-Based Transparent Conductive Films Deposited by Open-Air Methods for Enhanced Sensing Performance. ACS Appl. Nano Mater. 1, 6922–6931 (2018).
• Alshehri, A. H. et al. QuantumTunneling Metal-Insulator-Metal Diodes Made by Rapid Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition. Adv. Funct. Mater. 29, 1805533 (2019).

The results obtained in the DESPATCH project have been featured as covers or frontispieces of different journals, as shown below:

Book chapters :

• Ch1- “Spatial Atomic Layer Deposition". D. Muñoz-Rojas, V.H. Nguyen, C. Masse de la Huerta, C. Jiménez, D. Bellet. IntechOpen (2019) ; DOI: 10.5772/intechopen.82439
• Ch2- "Recent progress in the study of silver nanowire networks and their applications" D.T. Papanastasiou, T. Sannicolo, J. Resende, V.H. Nguyen, C. Jiménez, D. Muñoz-Rojas, N.D. Nguyen, D. Bellet Pages 381-406, edited by J. Zhu, B. Liu, D. Bellet (2019), Verlag (2019), ISBN: 978-620-2-22099-6
• Ch3- “Metallic nanowire percolating networks: from main properties to applications” D. Bellet, D. T. Papanastasiou, J. Resende, V. H. Nguyen, C. Jiménez, N. D. Nguyen, D. Muñoz-Rojas. Intechopen (2019); DOI: http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.89281

Patents :

• Inventors: Carella Alexandre; Schultheiss Amélie; Simonato Jean-Pierre; Muñoz-Rojas David; Nguyen Viet Huong; Sekkat Abderrahime. Application Number: FR2008843; Priority Date: 31/8/2020. Country: France; Owner: CEA, Universite Grenoble Alpes, Centre National De La Recherche Scientifique, Institut Polytechnique De Grenoble
• Inventors: Muñoz-Rojas, David; Title: Compact head and compact system for vapor deposition. Application Number: FR 1857072; Priority Date: 30/07/2018. Country: France; Owner: CNRS. https://worldwide.espacenet.com/patent/search?q=pn%3DWO2020025593A1
• (INES et LMGP). Inventors: Gerenton, Félix; Harrison, Sanuel; Muñoz, Delfina; Muñoz-Rojas, David; Nguyen, Viet Huong; Title: procédé de passivation de cellules photovoltaïques et procédé de fabrication de sous-cellules photovoltaïques passivées. Application Number: 1874013; Date: 21/12/2018. Country: France; Owner: CEA. https://patentscope.wipo.int/search/fr/detail.jsf?docId=FR298190777