Optimisation du transport électronique dans le silicium cristallin (c-Si) en présence de nanostructures

Optimization of electronic transport in crystalline silicon (c-Si) in the presence of nanostructures

• Auteur / Autrice : Aurélien Raddenzati
• Direction : Olivier Haeberlé, Patrick Meyrueis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance le 10/07/2017
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Modélisation intelligence processus systèmes (Mulhouse) - Modélisation- Intelligence- Processus et Système / MIPS

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux -- Défauts

Simulation par ordinateur

Basses températures -- Recherche

Photoluminescence

Salles blanches

Cellules photoélectriques

Mots clés libres

Cellule photovoltaïque

Fabrication en salle blanche

Photoluminescence à basse température

Simulation numérique

Analyse de défauts cristallins

Photovoltaic cell

Clean room manufacturing

Low temperature photoluminescence

Numerical simulation

Crystal defect analysis

Résumé

Une des limitations dans l'exploitation généralisée de l'énergie photonique principalement d'origine solaireest la limitation du rendement des cellules photovoltaiques (pv) qui ne peut être améliorée aujourd’hui au planindustriel, qu’en utilisant des matériaux chers, rares voire dangereux. Le matériau le plus abondant le moinstoxique à la fabrication et au recyclage, qui aujourd’hui est le moins cher et le mieux maîtriséindustriellement est le silicium, mais la part du spectre lumineux convertible en électricité reste incomplètece qui pour conséquence de limiter le rendement.L’introduction de la nanotechnologie photonique permet par un effet de photoconversion multi-étage horsbandgap d'augmenter le rendement de photoconversion en élargissant le spectre photoconvertible du silicumnatif. La nano-unité opérationnelle du silicium cristallin dans ce cas, est nommée "Segton" qui est unevariante de bilacune organisée en couche enterrée et située à l'interface créé artificiellement entre du siliciumamorphe et du silicium cristallin.Ces travaux font le point sur les démonstrateurs réalisés de cellules à photoconversion géante en particuliersur les derniers moyens technologiques pré-industriels exploités pour ces fabrications notamment a ceux misen œuvre avec différents laboratoires.La thèse propose de nouveaux moyens de caractérisation adaptés à la photoconversion en utilisant laphotoluminescence à basse température.Enfin, un bilan est détaillé sur les activités de simulation, de fabrication et de caractérisation se terminant parune présentation prospective de futures productions industrielles.

One of the limitations to the widespread use of photonic energy is the limited efficiency of photovoltaic (PV) cells, which can only be improved industrially today by using expensive, rare and toxic materials or fragile devices. Silicon is the most abundant material, the least toxic to manufacture and recycle. It is also the cheapest and the best mastered industrially. However, the proportion of the light spectrum that can be converted into electricity remains incomplete, which limits its efficiency. The introduction of photonic nanotechnology has made it possible to increase photoconversion efficiency by broadening the photoconvertible spectrum of native silicon and by using a multistage photoconversion effect outside the band gap. The operational nano-unit of crystalline silicon in this case is the "Segton", which is avariant of the divacancy organized as a buried layer and located at the artificially created interface between amorphous and crystalline silicon. This work provides an update on the demonstrators of giânt photoconversion cells, and in particular on the latest pre-industrial technological resources used for this type of production. This was implemented incollaboration with various laboratories. This thesis proposes new characterization methods adapted to photoconversion using the low-temperature photoluminescence spectra in order to detect the good generation of divacancies due to the implementation steps during the fabrication. Finally, the simulation, the manufacturing and the characterization activities are reviewed in detail, ending with a prospective to future industrial production.