Thèse soutenue le 06 mars 2015 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique/Nanophysique

Résumé :
Ce travail traite de la croissance épitaxiale et de la caractérisation d’hétérostructures à base de multi-puits quantiques (MPQ) pour des applications dans le photovoltaïque. Les échantillons ont été obtenus par la technique d’épitaxie en phase vapeur aux organo-métalliques (EPVOM) sur des substrats de saphir (0001). La caractérisation structurale et optique est réalisée par diffraction de rayons X, microscopie électronique en transmissions spectroscopie de photoluminescence et de transmission. Pour étudier la présence de l’effet photovoltaïque et pour estimer la performance électrique des échantillons, les MPQ ont été intégrés dans la géométrie de cellules solaires en utilisant de la photolithographie, des attaques réactives ioniques assistées par plasma inductif et des métallisations pour contacter les parties dopées n et p. Nous avons étudié l’influence de différents designs des régions actives InGaN/GaN sur les propriétés optiques et électriques des échantillons, c’est-à-dire le nombre de puits quantiques InGaN, les épaisseurs des puits et des barrières et la composition en indium dans les puits. Deux mécanismes principaux doivent être pris en compte pour une optimisation efficace de composants photovoltaïques : l’absorption des photons et la collections des porteurs. Nous avons montré qu’une augmentation du nombre de MPQ, de leur épaisseur et de la composition d’In améliorait l’absorption, mais causait aussi des pertes dans l’efficacité de collection du fait de l’augmentation de l’épaisseur de la couche active (champ électrique plus faible), de la difficulté des porteurs pour s’échapper de puits plus profonds et de relaxation des contraintes (création de défauts structuraux). La décroissance de l’épaisseur des barrières peut résoudre les deux premiers points, mais le problème de la relaxation de la contrainte reste entier. Pour notre meilleur design, nous obtenons une efficacité de conversion de 2 % pour des couches 15×In_0.18Ga_0.82N/GaN qui ont une réponse spectrale qui s’étend jusqu’à 465 nm.

Jury :
Président : M. Abdallah Ougazzaden
Rapporteur : M. Christian Brylinski
Rapporteur : M. Enrique Calleja Pardo
Examinatrice : Mme Eva Monroy
Directeur de thèse : M. Joël Eymery
Encadrant de thèse : M. Christophe Durand

Mots clés :
Puits quantiques, Cellules solaires, EPVOM

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