Etude de photoélectrodes à couches minces épitaxiales III-V sur substrat Si pour la dissociation photoélectrochimique de l'eau
Auteur / Autrice : | Mekan Piriyev |
Direction : | Charles Cornet, Nicolas Bertru |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences des Matériaux |
Date : | Soutenance le 15/12/2022 |
Etablissement(s) : | Rennes, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON (Lannion ; 2000-....) |
Jury : | Président / Présidente : Bruno Fabre |
Examinateurs / Examinatrices : Charles Cornet, Nicolas Bertru, Bruno Fabre, Yamina André, José Penuelas, Murielle Chavarot-Kerlidou | |
Rapporteur / Rapporteuse : Yamina André, José Penuelas |
Mots clés
Résumé
La conversion de l'énergie solaire en énergie chimique sous forme de H2 via la dissociation de l'eau présente un grand intérêt dans le cadre d'une politique énergétique zéro carbone. Dans ce contexte, le développement de photoélectrodes à haut rendement et à faible coût de fabrication reste encore difficile malgré les récents travaux dans le domaine. Les semi-conducteurs à bande interdite directe III–V apparaissent comme des candidats prometteurs, du fait de leurs propriétés optiques supérieures, en comparaison à celles des semi-conducteurs à oxyde métallique ou du silicium. Les alliages III-V permettent également de profiter du concept d'ingénierie de bande interdite permettant une grande flexibilité en vue du développement de photoélectrodes. Alors que de nombreuses études portaient jusqu’ici sur l'utilisation de substrats III-V commerciaux onéreux, le développement de ces photoélectrodes sur un substrat Si beaucoup moins cher est étudié ici. Dans ce travail, nous montrons que des films épitaxiaux III-V de 1 µm d'épaisseur développés sur un substrat Si à faible coût peuvent produire un photocourant compétitif par rapport à ceux mesurés avec des substrats III-V. En particulier, ce travail démontre que les performances optiques et photoélectro-chimiques des photoélectrodes GaAsP/Si sont profondément impactées par les variations de la bande interdite et des alignements de bande. Des tentatives préliminaires de protection contre la corrosion sont également présentées.