Characterization of nanoporous TiO2 films prepared by sol–gel method

Nanoporous TiO2 films as a key component in dye sensitized and extremely thin absorber (ETA) solar cells were prepared by the sol–gel method using spin-coating and spray pyrolysis deposition techniques. The precursor sol contained titanium (IV) isopropoxide, acetylacetone and polyethylene glycol (PEG) in ethanol. Glass and n-type Si (100) were used as substrates. SEM, XRD and FT-IR were used to study the effect of the PEG concentration in the precursor solution as well as different annealing routes on the film composition and structural properties. Crystalline films with anatase structure could be grown by the spray technique at 500 °C. Post-annealing at 500 °C increases the crystallite size (from 5 to 9 nm) and results in an average pore size around 40 nm. A film thickness of about 2.3 μm is attained using 50 spray pulses. In spin coated films the formation of Ti–O–Ti anatase bonds is observed after annealing at 450 °C. Crystalline films can be prepared by annealing at temperatures above 700 °C. Surface morphology and pore size of spin coated films are controlled by the amount of PEG in the sol. The film thickness is around 120 nm after three coating cycles. To cite this article: J. Sabataitytė et al., C. R. Chimie 9 (2006).

RésuméLes couches de TiO2 nanoporeux, composant clé des cellules solaires à colorant ou des cellules solaires absorbeur ultramince (ETA), ont été préparées par la méthode sol–gel en utilisant les techniques de dépôt spin-coating et de pyrolyse en spray. Le précurseur sol est constitué d’isopropoxyde de titane (IV), d’acétylacétone et de polyéthylène glycol (PEG) dans l’éthanol. Du verre et du Si (100) de type n ont été utilisés comme substrats. Les techniques MEB, DRX et IR–TF ont été utilisées pour étudier l’effet de la concentration en PEG au sein de la solution de précurseur ainsi que l’influence de différentes méthodes de recuit sur la composition de la couche et ses propriétés structurales. Les couches présentant la structure anatase ont pu être formées par la technique en spray à 500 °C. Un recuit à 500 °C augmente la taille des cristallites de 5 à 9 nm et conduit à des pores de taille moyenne de 40 nm. Une couche de 2,3 µm d’épaisseur est obtenue avec 50 impulsions de spray. Dans les couches obtenues par spin-coating, la formation des liaisons Ti–O–Ti anatase est observée après un recuit à 450 °C. Les couches cristallines sont obtenues par recuit à des températures supérieures à 700 °C. La morphologie de surface et la taille des pores des couches déposées sont contrôlées par la quantité de PEG dans le sol. Après trois cycles de dépôt, l’épaisseur de la couche est d’environ 120 nm. Pour citer cet article : J. Sabataitytė et al., C. R. Chimie 9 (2006).