Étude d’hétérostructures épitaxiales Cu(In,Ga)S2/GaP/Si pour les applications en cellules solaires tandem
Auteur / Autrice : | Eugène Bertin |
Direction : | Olivier Durand, Nicolas Barreau, Eric Gautron |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Photonique |
Date : | Soutenance le 20/12/2023 |
Etablissement(s) : | Rennes, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes) - Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON (Lannion ; 2000-....) |
Jury : | Président / Présidente : Stéphane Collin |
Examinateurs / Examinatrices : Susanne Siebentritt, Gilles Patriarche, Daniel Lincot | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Susanne Siebentritt, Gilles Patriarche |
Mots clés
Résumé
Les couches minces de Cu(In,Ga)S2 (CIGS) sont des candidats pertinents en association au Si cristallin dans les cellules solaires tandem. En effet, pour une composition appropriée, le bandgap du CIGS peut être modulé à 1,7eV. Un obstacle technologique majeur reste le manque d'adhérence du CIGS directement déposé sur le Si. En réponse, nous proposons l'ajout d'une couche de GaP entre le CIGS et le Si. Compte tenu des similitudes des paramètres de maille et des structures cristallines du CIGS, GaP et du Si, nous étudions la croissance épitaxiale de CIGS sur GaP/Si(001), formant une interface mécaniquement solide. Nous étudions l'influence du taux de Cu sur la ségrégation de phase, les relations d’épitaxie, la morphologie et la densité de défauts étendus des couches. De plus, nous examinons les réactions de surface et d'interface dans les aaa hétérostructures CIGS/GaP/Si. Plus précisément, nous étudions la réactivité chimique de GaP envers les vapeurs de S et envers le CIGS, en fonction des conditions de croissance. Nous identifions des réactions chimiques démontrant que le GaP n'est pas stable lors du dépôt de CIGS en excès de Cu. Malgré cette réactivité, nous montrons que GaP peut être utilisé comme barrière de diffusion du Cu depuis le CIGS vers le Si. Enfin, nous explorons les potentialités des pseudosubstrats GaP/Si(p) comme contacts pour les cellules solaires à hétérojonction CdS/CIGS. En particulier, nous discutons de l'origine d'une barrière pour la collecte des trous photogénérés. Cela nous permet de conclure sur des perspectives pour les futures cellules solaires tandem CIGS/Si à deux terminaux.