L'objectif de cette thèse était d'élaborer, caractériser et optimiser des couches minces de CuI élaborées par pulvérisation cathodique DC d'une couche mince de Cu sur un substrat de verre, suivi par une iodation de cette couche.
C’est dans ce but que la stabilité des couches minces de CuI a été étudiée sous air et sous argon jusqu’à 300°C. La conductivité électrique des couches minces recuites sous argon a chuté de 1000 à 10 S.m-1. Cette chute de conductivité est attribuée aux réarrangements du Cu et de l’oxygène inséré dans les lacunes d’iode. Un recuit sous air à 150°C suivant le recuit sous argon a permis de stabiliser la conductivité à 150 S.m-1 grâce à l’insertion d’oxygène dans les lacunes d’iode. Cette étude a permis de mettre en place un traitement thermique de stabilisation (300°C sous argon et 150°C sous air) permettant d’obtenir les propriétés reproductibles du CuI.
Les valeurs de conductivités électriques augmentent avec le temps et varient en fonction de la nature de l’atmosphère, notamment en fonction de la présence d’humidité. Un traitement thermique de nettoyage à 150°C sous air permet de ramener les propriétés de conduction électriques aux valeurs stabilisées de la couche mince. Une fois optimisées ces couches ont permis de fabriquer des modules thermoélectriques en couches minces.
Une étude a permis d’optimiser la géométrie de modules uni-pistes par modélisation. Les paramètres étudiés étaient la longueur des pistes de CuI, leur nombre et leur épaisseur. Le nombre de pistes et la longueur de piste optimale est de 3 pistes de 13 mm. L’étude comparative de l’épaisseur des pistes a été faite expérimentalement et a montré que des pistes plus épaisses permettent d’obtenir des modules plus puissants avec 62 et 227 nW pour des épaisseurs de 1100 et 2550 nm. La comparaison des valeurs expérimentales aux simulations a permis de mettre en évidence des résistances de contacts qui peuvent compter pour plus de 30% de la résistance interne du module et qui devront être réduites pour accroître les performances thermoélectriques. |
The aim of this thesis was to develop, characterize and optimize CuI thin films produced by DC sputtering of a Cu thin film onto a glass substrate, followed by iodination of this film.
To this end, the stability of CuI thin films was studied in air and argon up to 300°C. The electrical conductivity of argon-annealed thin films dropped from 1000 to 10 S.m-1. This drop in conductivity is attributed to rearrangements of Cu and oxygen inserted into the iodine vacancies. Annealing in air at 150°C following argon annealing stabilized conductivity at 150 S.m-1, thanks to the insertion of oxygen into the iodine vacancies. This study enabled us to set up a stabilization thermal treatment (300°C under argon and 150°C under air) to obtain reproducible CuI properties.
Electrical conductivity values increase over time and vary according to the nature of the atmosphere, particularly the presence of moisture. A thermal cleaning treatment at 150°C under air brings the electrical conduction properties back to the stabilized values of the thin film. Once optimized, these layers were used to manufacture thin-film thermoelectric modules.
A study was carried out to optimize the geometry of single-track modules by modeling. The parameters studied were CuI track length, number and thickness. The number of tracks and the optimum track length is 3 tracks of 13 mm. The comparative study of track thickness was carried out experimentally and showed that thicker tracks enable more powerful modules to be obtained, with 62 and 227 nW for thicknesses of 1100 and 2550 nm. Comparison of experimental values with simulations revealed contact resistances that can account for more than 30% of the module's internal resistance, and which need to be reduced to enhance thermoelectric performance. |