SURFACES SÉLECTIVES RUGUEUSES DE NITRURE DE TITANE : PROPRIÉTÉS OPTIQUES ET MODÉLISATION

Résumé
Les Nitrures de Titane TiN_x existent à l'état stable hors stoechiométrie dans une large gamme de concentration. Ils présentent les propriétés électriques, thermiques et mécaniques requises par les surfaces sélectives destinées à la conversion photothermique de l'énergie solaire à haute température (> 200°C). On montre dans une première étude optique menée sur des couches épaisses non rugueuses déposées sur verre que ce sont les composés proches de la stoechiométrie qui présentent la meilleure sélectivité, bien qu'insuffisante pour les applications photothermiques (α = 0,43, ε (20°C) = 0,06). On interprète les variations des constantes optiques de ces composés (calculées à partir des valeurs de la réflectivité par transformation de Kramers-Krönig) à l'aide de modèles récents de structures de bande. Une seconde étude optique menée sur des couches rugeuses montre que l'adjonction de rugosités en surface permet d'améliorer considérablement la sélectivité du composé quasistoechiométrique (α = 0,77, ε (20°C) = 0,15). Ces résultats sont interprétés à l'aide du modèle électromagnétique approché de Beckmann. Ce modèle est utilisé pour calculer les caractéristiques de la surface théorique présentant la sélectivité optimale (α = 0,92, ε (300°C) = 0,19).

Abstract
Titanium Nitride compounds TiN_x are stable, out of stoichiometry, in a wide concentration range. They exhibit electrical, thermal and mechanical properties required of selective surfaces for photothermal conversion of solar energy at high temperature (> 200°C). One shows, in a first optical investigation on thick, smooth layers deposited on glass substrates, that near stoichiometric compounds exhibit the best selectivity, but insufficient for photothermal applications (α = 0.43, ε (20°C) = 0.06). One explains the variations of the optical constants of these compounds (deduced of the reflectivity values using Kramers-Krönig transform) in relation to recent band structure models. A second optical investigation on rough layers shows that adding of adequate surface roughness notably enhances the selectivity of the quasi-stoichiometric compound (α = 0.77, ε (20°C) = 0.15). The results are interpreted by means of the approximated electromagnetical model of Beckmann. This model is used to calculate the theoretical characteristics of the surface exhibiting the best selectivity (α = 0.92, ε (300°C) = 0.19).