Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’effet des boîtes quantiques d’InAs sur l’efficacité
de conversion des cellules solaires à simple jonction de GaAs crues par épitaxie par jets
chimiques. Cette technique de croissance est particulièrement bien adaptée à la croissance
de structures multicouches pour des applications photovoltaïques. Une partie importante
de ce travail a été consacré à l’optimisation des conditions de croissance pour la réalisation
des boîtes quantiques d’InAs et de structures à multicouches de boîtes quantiques d’InAs
insérées dans une matrice de GaAs.
L’optimisation des conditions de croissance des boîtes quantiques a été basée sur une
étude morphologique réalisée à l’aide de mesures de microscopie à force atomique et sur une
étude des propriétés optiques et électroniques effectuée à l’aide de mesures de photoluminescence
en continu. Une optimisation de la quantité d’InAs déposée lors de la croissance des
BQs d’InAs/GaAs a permis de montrer que les meilleures structures de BQs ont été obtenues
pour une épaisseur nominale d’InAs comprise entre 2.07 et 2.47 monocouches atomiques
avec une haute densité (8 × 10[indice supérieur 10] cm[indice supérieur −2]) et une énergie d’émission de 1.22 eV (λ= 1016 nm).
La croissance des multicouches de boîtes quantiques, dans des conditions usuelles de
maintien de la température lors de l’épitaxie des couches de barrière de GaAs, a montré des
difficultés dues à l’accumulation de la contrainte dans la structure. Deux types d’amas d’InAs
ont été observés : soit des boîtes quantiques cohérentes de petite taille (diamètre et hauteur
typiques de 5 nm et 16 nm, respectivement) et des amas relaxés de grande taille (diamètre et
hauteur de plus de 50 nm et 150 nm, respectivement). Dans ces conditions de croissance nos
résultats ont montré que la formation des amas de grande taille est accompagnée par une
diminution de la densité des boîtes quantiques au fur et à mesure que le nombre de couches
de boîtes quantiques augmente. L’application d’une étape appelée "indium-flush" (procédéd’évaporation d’indium sous atmosphère d’arsenic) pendant la croissance des couches de
barrière de GaAs, qui encapsulent les boîtes quantiques, a montré une amélioration de la
qualité cristalline de la structure globale. Les caractérisations morphologique et optique
d’une série d’échantillons contenant 1, 5 et 10 plans de boîtes quantiques ont montré une
préservation de la densité de boîtes quantiques et de leur distribution en taille. Les résultats
montrent également que l’intensité intégrée de la photoluminescence des boîtes quantiques
augmente linéairement en fonction du nombre de plans de boîtes quantiques. La structure
finale optimisée est donc très prometteuse pour la réalisation de cellules solaires à boîtes
quantiques à haute performance.
L’étude de l’effet des boîtes quantiques et l’influence de leur hauteur sur l’efficacité des
cellules solaires simple jonction de GaAs ont été analysés. Des mesures de l’efficacité
quantique externe et des mesures I-V ont été effectuées pour caractériser ces cellules solaires.
La technique de l’indium-flush a été utilisée pour contrôler la hauteur des boîtes quantiques.
Une meilleure performance a été obtenue par la cellule solaire à boîtes quantiques tronquées
à 2.5 nm de hauteur avec 5% d’amélioration de l’efficacité de conversion.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/5927 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Zribi, Jihene |
| Contributors | Morris, Denis, Arès, Richard |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Jihene Zribi |
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