Contribution à l’étude des propriétés physiques et électriques des composés semi-conducteurs III-V

Abstract

Les cellules solaires à haut rendement étant souvent basées sur la technologie des semi-conducteurs III-V, on vise dans ce travail à améliorer les performances des cellules solaires en utilisant de nouveaux matériaux et de nouveaux concepts. L’objectif principal de ces recherches est de minimiser le cout de fabrication et d’augmenter le rendement de ces photopiles. L’utilisation des cellules multi-jonctions (Tandem), qui repose sur le concept de conversion multi-spectrale, conduit à une meilleure exploitation du spectre solaire, en élargissant la gamme utile du spectre. Des cellules photovoltaïques de type III-V /Ge comme (GaInP/GaAs/Ge) existent, mais leur cout trop élevé les rend incompatibles avec des applications ≪ grand public ≫. L’intégration monolithique de III-V sur Si permettrait de réduire sensiblement le cout de fabrication des cellules III-V en diminuant le cout du substrat, et constituerait un pas vers la démocratisation des applications solaires à fort rendement. Dans ce contexte, nous avons étudiés le fonctionnement des cellules photovoltaïques Tandem à base des semi-conducteurs III-V/Si par la simulation numérique à deux dimensions sous éclairement avec un spectre AM1.5 effectuées sous Silvaco/Atlas. Nous définissons une cellule de référence avec un ensemble de paramètres physiques, afin d’analyser leurs influences sur le rendement de conversion. Because high-efficiency solar cells are often based on III-V semiconductor technology, the goal is to improve the performance of solar cells by using new materials and concepts. The main objective of this research is to minimize the manufacturing cost and increase the efficiency of these solar cells. The use of multi-junction cells (Tandem), which is based on the concept of multi-spectral conversion, leads to a better exploitation of the solar spectrum, by widening the useful range of the spectrum. Type III-V / Ge photovoltaic cells such as (GaInP / GaAs / Ge) exist, but their high cost makes them incompatible with "general public" applications. The monolithic integration of III-V on Si would significantly reduce the manufacturing cost of III-V cells by reducing the cost of the substrate, and would be a step towards the democratization of high-efficiency solar applications. In this context, we studied the operation of Tandem photovoltaic cells based on III-V / Si semiconductors by two-dimensional digital simulation under illumination with an AM1.5 spectrum performed under Silvaco / Atlas. We define a reference cell with a set of physical parameters, in order to analyze their influences on conversion efficiency. نظرًا لأن الخلايا الشمسية عالية الكفاءة تعتمد في الغالب على تكنولوجيا فإن الهدف هو تحسين أداء الخلايا الشمسية باستخدام مواد ، III-V أشباه الموصلات ، (Tandem) ومفاهيم جديدة .الهدف الرئيسي من هذا البحث هو تقليل تكلفة التصنيع وزيادة كفاءة هذه الخلايا الشمسية .يؤدي استخدام خلايا الوصلات المتعددة التي تعتمد على مفهوم التحويل متعدد الأطياف ، إلى استغلال أفضل للطيف الشمسي ، من خلال توسيع النطاق المفيد للطيف. ولكن تكلفتها العالية تجعلها غير متوافقة مع التطبيقات "االارضية ."إن الدمج الأحادي ، (GaInP / GaAs / Ge) مثل III-V / Ge توجد الخلايا الضوئية من النوع من خلال خفض تكلفة الركيزة ، وسيكون بمثابة خطوة نحو تعميم III-V على السيليسيوم سيخ فضِّ إلى حد كبير تكلفة التصنيع للخلايا III-V لانصاف النواقل تطبيقات الطاقة الشمسية بكفاءة عالية. بواسطة محاكاة رقمية ثنائية الأبعاد تحت إضاءة مع طيف III-V / Si في هذا السياق ، قمنا بدراسة تشغيل الخلايا الفولتضوئية الترادفية على أساس أشباه موصلات تم تنفيذه تحت سيلفاكو نحدد خلية مرجعية مع مجموعة من المعلمات المادية ، من أجل تحليل تأثيراتها على كفاءة التحويل. AM1.5