ETUDE DES PROPRIETES OPTIQUES DE DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES A BASE DE SILICIUM AMORPHE PAR SPECTROSCOPIE DE DEFLEXION PHOTOTHERMIQUE, DIFFUSOMETRIE, ET SIMULATION NUMERIQUE PDF Download
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Author: François Leblanc (spécialiste des oiseaux).)
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CETTE ETUDE, REALISEE CONJOINTEMENT AU LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES INTERFACES ET DES COUCHES MINCES DE L'ECOLE POLYTECHNIQUE ET A LA SOCIETE SOLEMS, VISE A UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DES PROPRIETES OPTIQUES DES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES A BASE DE SILICIUM AMORPHE HYDROGENE (A-SI/H). LA SPECTROSCOPIE DE DEFLEXION PHOTOTHERMIQUE (PDS) CONSTITUE LA PRINCIPALE METHODE EXPERIMENTALE DE CE TRAVAIL. QUATRE APPLICATIONS NOUVELLES SONT PRESENTEES: PAR RECOURS A L'EFFET JOULE, LA DEFLEXION PHOTOTHERMIQUE A PERMIS DE CARACTERISER L'ABSORPTION OPTIQUE DANS LES OXYDES TRANSPARENTS CONDUCTEURS (TCO), MATERIAUX ICI TRES RUGUEUX QUI CONSTITUENT L'ELECTRODE FRONTALE DES DISPOSITIFS. PAR DES MESURES PHOTOTHERMIQUES D'UNE PART RESOLUES ET D'AUTRE PART MOYENNEES DANS L'ESPACE, LE PIEGEAGE OPTIQUE DU A LA REFLEXION TOTALE A L'INTERFACE VERRE/AIR A ETE ANALYSE. DE MEME, LE RENDEMENT ENERGETIQUE DES DISPOSITIFS A PU ETRE EVALUE EN DETERMINANT PAR PDS LES PERTES THERMIQUES DANS LES STRUCTURES SOUS DIFFERENTES POLARISATIONS ELECTRIQUES. DES MESURES DE REFLEXION ET TRANSMISSION DIFFUSES ONT APPORTE DES RENSEIGNEMENTS IMPORTANTS SUR LES PROPRIETES DIFFUSANTES DES DISPOSITIFS. CERTAINES CONSTITUENT LES PARAMETRES D'ENTREE D'UN PROGRAMME DE CALCUL DES ABSORPTANCES DANS LES DIFFERENTES COUCHES DES DISPOSITIFS. EN RAISON DES RUGOSITES QUI SONT DE TAILLE VOISINE DES LONGUEURS D'ONDE VISIBLES, CES ABSORPTANCES NE PEUVENT ETRE DEDUITES DES LOIS HABITUELLES DE PROPAGATION DANS LES EMPILEMENTS MULTI-COUCHES. LE PROGRAMME DE SIMULATION ELABORE AU COURS DE CETTE THESE REPOSE SUR UNE APPROCHE SEMI-EMPIRIQUE DE LA DIFFUSION, EN RESERVANT UN TRAITEMENT ELECTROMAGNETIQUE EXACT A LA PROPAGATION DES COMPOSANTES SPECULAIRES. CETTE MODELISATION FOURNIT UNE DESCRIPTION SATISFAISANTE DES MESURES EXPERIMENTALES DE REPONSE SPECTRALE ET REFLEXION TOTALE, ET PERMET LA DETERMINATION DETAILLEE DES PERTES OPTIQUES DANS LA STRUCTURE
Author: François Leblanc (spécialiste des oiseaux).)
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CETTE ETUDE, REALISEE CONJOINTEMENT AU LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES INTERFACES ET DES COUCHES MINCES DE L'ECOLE POLYTECHNIQUE ET A LA SOCIETE SOLEMS, VISE A UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DES PROPRIETES OPTIQUES DES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES A BASE DE SILICIUM AMORPHE HYDROGENE (A-SI/H). LA SPECTROSCOPIE DE DEFLEXION PHOTOTHERMIQUE (PDS) CONSTITUE LA PRINCIPALE METHODE EXPERIMENTALE DE CE TRAVAIL. QUATRE APPLICATIONS NOUVELLES SONT PRESENTEES: PAR RECOURS A L'EFFET JOULE, LA DEFLEXION PHOTOTHERMIQUE A PERMIS DE CARACTERISER L'ABSORPTION OPTIQUE DANS LES OXYDES TRANSPARENTS CONDUCTEURS (TCO), MATERIAUX ICI TRES RUGUEUX QUI CONSTITUENT L'ELECTRODE FRONTALE DES DISPOSITIFS. PAR DES MESURES PHOTOTHERMIQUES D'UNE PART RESOLUES ET D'AUTRE PART MOYENNEES DANS L'ESPACE, LE PIEGEAGE OPTIQUE DU A LA REFLEXION TOTALE A L'INTERFACE VERRE/AIR A ETE ANALYSE. DE MEME, LE RENDEMENT ENERGETIQUE DES DISPOSITIFS A PU ETRE EVALUE EN DETERMINANT PAR PDS LES PERTES THERMIQUES DANS LES STRUCTURES SOUS DIFFERENTES POLARISATIONS ELECTRIQUES. DES MESURES DE REFLEXION ET TRANSMISSION DIFFUSES ONT APPORTE DES RENSEIGNEMENTS IMPORTANTS SUR LES PROPRIETES DIFFUSANTES DES DISPOSITIFS. CERTAINES CONSTITUENT LES PARAMETRES D'ENTREE D'UN PROGRAMME DE CALCUL DES ABSORPTANCES DANS LES DIFFERENTES COUCHES DES DISPOSITIFS. EN RAISON DES RUGOSITES QUI SONT DE TAILLE VOISINE DES LONGUEURS D'ONDE VISIBLES, CES ABSORPTANCES NE PEUVENT ETRE DEDUITES DES LOIS HABITUELLES DE PROPAGATION DANS LES EMPILEMENTS MULTI-COUCHES. LE PROGRAMME DE SIMULATION ELABORE AU COURS DE CETTE THESE REPOSE SUR UNE APPROCHE SEMI-EMPIRIQUE DE LA DIFFUSION, EN RESERVANT UN TRAITEMENT ELECTROMAGNETIQUE EXACT A LA PROPAGATION DES COMPOSANTES SPECULAIRES. CETTE MODELISATION FOURNIT UNE DESCRIPTION SATISFAISANTE DES MESURES EXPERIMENTALES DE REPONSE SPECTRALE ET REFLEXION TOTALE, ET PERMET LA DETERMINATION DETAILLEE DES PERTES OPTIQUES DANS LA STRUCTURE
Author: Ingrid Stenger
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Pages : 180
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Le but de ce travail est d’étudier les propriétés optiques et morphostructurales de nanoparticules de silicium (np-Si) dans des couches minces de silice, obtenues par recuit thermique de silices sous-stœchiométriques (SiOx 1
Author: Hassen Dahman
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Pages : 167
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ETUDE, PAR UNE TECHNIQUE DE PHOTOCONDUCTIVITE, DE L'INFLUENCE DU DOPAGE PAR P SUR LE PRODUIT MOBILITE-DUREE DE VIE DES ELECTRONS ET SUR LA DENSITE D'ETATS DANS LA BANDE INTERDITE DE S-SI: H PREPARE PAR PULVERISATION CATHODIQUE REACTIVE. ETUDE DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE PREPARATION SUR LA MOBILITE PAR UNE METHODE DE TEMPS DE VOL; MISE EN EVIDENCE DE L'ACTIVATION THERMIQUE DE LA MOBILITE DANS UNE LARGE GAMME DE TEMPERATURES. INTERPRETATION DES RESULTATS PAR UN MODELE DE CONDUCTION, BASE SUR L'EXISTENCE DE FLUCTUATIONS DE POTENTIEL
Author: Alexandra Levtchenko
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Dans le contexte de la recherche sur l'amélioration des performances et la réduction des coûts des cellules solaires à base de silicium, nous nous sommes intéréssés dans cette thèse aux hétérojonctions entre le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et le silicium cristallin (c-Si). Nous avons étudié d'une part l'application de la technique de mesure du PhotoCourant Modulé (MPC) comme outil de caractérisation de l'interface a-Si:H/c-Si et que nous avons couplé à la technique de mesure de PhotoLuminescence Modulée (MPL) déjà largement utilisée pour étudier la qualité de passivation de l'interface. Nous avons alors caractérisé par ces deux techniques une série d'échantillons composées de (p)a-Si:H/(i)a-Si:H/(n)c-Si d'épaisseur de (i)a-Si:H allant de 2 à 50 nm. Une partie importante de cette étude a été réalisée par simulations numériques en 2D afin d'interpréter nos résultats expérimentaux. Une cohérence dans l'estimation de la densité d'état de défauts à l'interface a-Si:H/c-Si a été obtenue par les deux techniques. Nous avons conçu d'autre part un outil de couplage des simulations électriques et optiques pour le design de cellules à base de nanofils à hétérojonction. Grâce à cet outil nous avons réalisé une étude plus réaliste et plus complète qu'auparavant où ces deux simulations étaient effectuées de manière séparée. Nous montrons notamment comment les conditions sur les contacts électriques des nanofils affectent les performances de la cellule solaire.
Author: Bing Han
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Pages : 139
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L'augmentation des fréquences de fonctionnement des circuits intégrés rend de plus en plus problématique l'utilisation d'interconnexions métalliques et requiert l'introduction de nouveaux types de liaisons telles que les liens optiques. Le premier objectif de cette thèse a été de montrer la faisabilité d'un lien optique en utilisant un procédé technologique compatible CMOS. Les principaux résultats obtenus concernent le développement de deux nouvelles filières de matériaux bas cout déposés par un procédé PECVD basse température : le nitrure de silicium (SiNx) et silicium amorphe (a-Si:H). Des guides rubans compacts ont été fabriqués et les pertes optiques mesurées de 2,2dB/cm et 5,5dB/cm respectivement à longueur d'onde de 1,3μm pour la filière nitrure et silicium amorphe sont à l'état de l'art mondial. La réalisation de composants élémentaires d'optique intégrée compact tel que des virages et des diviseurs de faisceaux de type MMI ont permis d'obtenir un premier lien optique de 1 vers 8 validant ainsi l'approche retenue dans ce travail. Afin de réaliser une intégration monolithique des sources et des photodétecteurs III-V peuvent être reportés sur le circuit optique par un procédé de collage de plaque par adhésion moléculaire. L'approche originale retenue lors de ce travail de thèse a consisté à utiliser des coupleurs guide à guide compacts pour le transfert de la lumière entre la couche active III-V et le circuit optique passif. L'efficacité de couplage obtenue est de 60%. Le codage de l'information dans un circuit optique nécessite l'emploi de modulateurs de lumière. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'étude des cavités résonantes permettant d'accroître les performances des modulateurs optiques à base de silicium. Compte tenu de la faible variation d'indice de réfraction induit par des effets électro-optique dans le silicium, ces effets sont renforcés par l'utilisation de microcavités et de structures diffractives (cristaux photonique unidimensionnel). Ces approches permettent de réduire de manière significative les dimensions des composants et augmenter leur fréquence d'utilisation. Pour la réalisation d'un modulateur otpique intégré, les résonateurs en anneaux de type stade et les cavités Fabry-Pérot sont les deux des structures résonantes explorés conduisant à des dispositifs compacts fabriquées dans une technologie de guide en arête. Sur le résonateur en anneau de type stade, le facteur de qualité de 5200 a été obtenu, et il a été montré que celui-ci est suffisant pour assurer une modélisation efficace dans le silicium.
Author: Olga Maslova
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Les travaux développés dans cette thèse sont dédiés à l'étude des propriétés électroniques de diodes Schottky de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et d'hétérojonctions entre silicium amorphe hydrogéné et silicium cristallin, a-Si:H/c-Si au moyen de spectroscopies de capacité de jonctions.Lors de la fabrication des cellules solaires à haut rendement plusieurs paramètres d'une hétérojonction a-Si:H/c-Si doivent être considérés. Premièrement, la densité d'états dans le gap du a-Si:H est d'une grande importance car il s'agit de défauts qui favorisent le piégeage et la recombinaison de porteurs. Deuxièmement, la détermination des désaccords des bandes entre la couche amorphe et la couche cristalline est indispensable puisque ceux-ci contrôlent le transport à travers la jonction et déterminent la courbure des bandes dans c-Si, ce qui va notamment influencer la recombinaison des porteurs sous lumière, donc la tension de circuit ouvert des cellules. Cette thèse a pour but d'étudier la spectroscopie de capacité comme technique d'analyse de paramètres clés pour les dispositifs à hétérojonctions de silicium : la densité d'états dans le a-Si:H et les désaccords des bandes entre a-Si:H et c-Si.La première partie est dédiée à l'étude de la capacité de diodes Schottky. Nous nous concentrons sur un traitement simplifié de la capacité en fonction de la température et de la fréquence reposant sur une expression analytique obtenue par une résolution approchée de l'équation de Poisson. Ce traitement permet en principe d'extraire la densité d'états au niveau de Fermi dans le a-Si:H et la fréquence de saut des électrons depuis un état localisé au niveau de Fermi vers la bande de conduction. En appliquant ce traitement simplifié à la capacité calculée sans approximation à l'aide de deux logiciels de simulation numérique, nous montrons que sa fiabilité et sa validité dépendent fortement de la distribution des états localisés dans la bande interdite du a-Si:H et de la position du niveau de Fermi. Puis nous abordons l'étude de la capacité des hétérojonctions entre a-Si:H de type p et c-Si de type n, et nous mettons particulièrement en avant l'existence d'une couche d'inversion forte à l'interface dans le c-Si, formant un gaz bidimensionnel de trous. Dans une première partie, nous présentons une étude par simulation numérique de la dépendance de la capacité en fonction de la température, pour laquelle un ou deux échelons peuvent être mis en évidence à basse température. Leur analyse montre qu'un des ces échelons est attribué à l'activation de la réponse de la charge dans le a-Si:H, alors que l'autre, présentant une énergie d'activation plus grande, est lié à la modulation de la concentration des trous dans la couche d'inversion forte, lorsque celle-ci existe. On présente ensuite une discussion de résultats expérimentaux. Le régime quasi-statique de la capacité fait ainsi l'objet d'une discussion. Nous mettons en relief le fait que l'approximation de la zone de déplétion ne permet pas de reproduire cette augmentation de la capacité en fonction de la température. Du fait de l'existence de la couche d'inversion forte, la chute de potentiel dans la zone de déplétion du c-Si est plus faible que la valeur déterminée par le calcul attribuant toute la chute de potentiel à la zone de déplétion. Par conséquent, cette approximation conduit à sous-estimer la capacité ainsi que son augmentation avec la température. Nous présentons alors un calcul analytique complet qui tient compte à la fois de la distribution particulière du potentiel dans le a-Si:H, et des trous dans le c-Si dont la contribution à la concentration totale de charges n'est pas négligeable dans la couche d'inversion forte. Le calcul analytique complet permet de bien reproduire les résultats expérimentaux de capacité en fonction de la température; ceci confirme la présence de la couche d'inversion forte dans les échantillons étudiés.
Author: Adnan Mini
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Pages : 209
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