Croissance et caractérisation des propriétés structurale et optique de couche GaAsPN sur GaP (001) et GaP sur Si (001) pour des applications photovoltaïques

Growth, structural and electro-optical properties of GaP/Si and GaAsPN/ GaP single junctions for lattice-matched tandem solar cells on silicon

• Auteur / Autrice : Samy Almosni
• Direction : Olivier Durand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique optoélectronique
• Date : Soutenance le 23/02/2015
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON (Lannion ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Durand, Daniel Lincot, Thomas Hannappel, Mustapha Lemiti, Arnaud Etcheberry, Charles Cornet, Christophe Levallois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Lincot, Thomas Hannappel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium

Photoluminescence

Photopiles

Semiconducteurs

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Mots clés libres

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Semiconducteurs

Photopiles

Photoluminescence

Silicium

Molecular beam epitaxy

Semiconductors

Photoluminescence

Silicon

Résumé

Cette thèse se concentre sur la fabrication de cellule solaire IIIN- V sur substrat de GaP (001) et sur la croissance de couche de GaP sur Si (001). Le but est de réaliser des cellules solaires hautes efficacité sur un substrat à faible coût afin de les intégrer dans des centrales solaire photovoltaïque sous concentration. Les principaux résultats obtenus montrent : - L’importance de l’utilisation d’AlGaP en tant que couche de prénucléation pour annihiler les parois d’antiphase à l’interface GaP/ Si (néfaste pour les propriétés optoélectroniques des dispositifs) - De nombreuses similitude entre la croissance de GaAsN et de GaPN ce qui permet d’élaborer une stratégie afin d’optimiser les propriétés optoélectroniques du GaAsPN - De fortes corrélations entre les propriétés optique et éléctriques dans les nitrures dilués - La réalisation préliminaire d’une cellule solaire monojonction sur GaP ayant un rendement encourageant de 2.25% considérant la faible épaisseur de l’absorbeur dans cette cellule (300 nm)

This thesis focuses on optimizing the heterogeneous growth of IIIN- V solar cells on GaP (001) and GaP nanolayers on Si (001). The goal is to build high efficiency solar cells on low-cost substrate for the realization of concentrated photovoltaic powerplant. The main results shows: - AlGaP as prenucleation layer increase the annihilations of anti-phase boundaries at the GaP/Si interface (harmful for the electronic properties of the devices). - Similarities between the growth of GaAsN and GaPN giving strategies to improve the GaAsPN electrical properties - Clear correlations between the optical and electrical properties of dilute nitride solar cells, giving interesting tools to optimize the growth of those materials using optical measurements. - The realization of a GaAsPN solar cell on GaP with a yield of 2.25%. This results is encouraging given the thin GaAsPN absorber used in this cell