Thèse soutenue

Optimisation de la croissance et caractérisation de réseaux ordonnés de nanofils cœur/coquille GaAs/AlGaAs pour cellules solaires tandem sur silicium

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Auteur / Autrice : Marco Vettori
Direction : Michel GendryAlain Fave
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des matériaux
Date : Soutenance le 16/04/2019
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône)
Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Harmand
Examinateurs / Examinatrices : Michel Gendry, Alain Fave, Anne Kaminski-Cachopo, Sébastien Plissard
Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Durand, Henri Mariette

Résumé

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L'objectif de cette thèse est de réaliser l'intégration monolithique de nanofils (NFs) à base de l’alliage Al0.2Ga0.8As sur des substrats de Si par épitaxie par jets moléculaires via la méthode vapeur-liquide-solide (VLS) auto-assistée et de développer une cellule solaire tandem (TSC) à base de ces NFs.Pour atteindre cet objectif, nous avons tout d'abord étudié la croissance de NFs GaAs, étape clé pour le développement des NFs p-GaAs/p.i.n-Al0.2Ga 0.8As coeur/coquille, qui devraient constituer la cellule supérieure de la TSC. Nous avons montré, en particulier, l'influence de l'angle d'incidence du flux de Ga sur la cinétique de croissance des NFs GaAs. Un modèle théorique et des simulations numériques ont été réalisées pour expliquer ces résultats expérimentaux.Nous avons ensuite utilisé le savoir-faire acquis pour faire croître des NFs p-GaAs/p.i.n-Al0,2Ga0,8As coeur/coquille sur des substrats de Si prêts pour l'emploi. Les caractérisations EBIC réalisées sur ces NFs ont montré qu'ils sont des candidats potentiels pour la réalisation d’une cellule photovoltaïque. Nous avons ensuite fait croître ces NFs sur des substrats de Si patternés afin d'obtenir des réseaux réguliers de ces NFs. Nous avons développé un protocole, basé sur un pré-traitement thermique, qui permet d'obtenir des rendements élevés de NFs verticaux (80-90 %) sur une surface patternée de 0,9 x 0,9 mm2.Enfin, nous avons consacré une partie de notre travail à définir le procédé de fabrication optimal pour la TSC, en concentrant notre attention sur le développement de la jonction tunnel de la TSC, l'encapsulation des NFs et le contact électrique supérieur du réseau de NFs.