Thèse soutenue

Puits quantiques de composés nitrures InGaN/GaN pour le photovaoltaique

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Auteur / Autrice : Anna Mukhtarova
Direction : Joël Eymery
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nanophysique
Date : Soutenance le 06/03/2015
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut nanosciences et cryogénie (Grenoble ; 2008-2018)
Jury : Président / Présidente : Abdallah Ougazzaden
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Durand, Eva Monroy
Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Brylinski, Enrique Calleja

Résumé

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Ce travail traite de la croissance épitaxiale et de la caractérisation d’hétérostructures àbase de multi-puits quantiques (MPQ) pour des applications dans le photovoltaïque. Leséchantillons ont été obtenus par la technique d’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques(EPVOM) sur des substrats de saphir (0001). La caractérisation structurale etoptique est réalisée par diffraction de rayons X, microscopie électronique en transmission,spectroscopie de photoluminescence et de transmission. Pour étudier la présence de l’effetphotovoltaïque et pour estimer la performance électrique des échantillons, les MPQ ont étéintégrés dans la géométrie de cellules solaires en utilisant de la photolithographie, desattaques réactives ioniques assistées par plasma inductif et des métallisations pour contacterles parties dopées n et p.Nous avons étudié l’influence de différents designs des régions actives InGaN/GaN surles propriétés optiques et électriques des échantillons, c’est-à-dire le nombre de puitsquantiques InGaN, les épaisseurs des puits et des barrières et la composition en indium dansles puits. Deux mécanismes principaux doivent être pris en compte pour une optimisationefficace de composants photovoltaïques: l’absorption des photons et la collections desporteurs. Nous avons montré qu’une augmentation du nombre de MPQ, de leur épaisseur etde la composition d’In améliorait l’absorption, mais causait aussi des pertes dans l’efficacitéde collection du fait de l’augmentation de l’épaisseur de la couche active (champ électriqueplus faible), de la difficulté des porteurs pour s’échapper de puits plus profonds et derelaxation des contraintes (création de défauts structuraux). La décroissance de l’épaisseur desbarrières peut résoudre les deux premiers points, mais le problème de la relaxation de lacontrainte reste entier. Pour notre meilleur design, nous obtenons une efficacité de conversionde 2 % pour des couches 15×In0.18Ga0.82N/GaN qui ont une réponse spectrale qui s’étendjusqu’à 465 nm.