Analyse structurales de pseudo-substrats Gap/Si et d'hétérostructures CIGS/GaP/Si pour des applications photovoltaïques

par Ang Zhou

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Olivier Durand.

Soutenue le 13-12-2019

à Rennes, INSA , dans le cadre de École doctorale Matière, Molécules et Matériaux (Le Mans) , en partenariat avec Fonctions Optiques pour les Télécommunications (laboratoire) , Université Bretagne Loire (Comue) et de Institut des Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON (laboratoire) .

Le président du jury était Daniel Lincot.

Le jury était composé de Olivier Durand, Daniel Lincot, Stéphanie Escoubas, Laurent Le Brizoual, Nicolas Barreau, Antoine Letoublon.

Les rapporteurs étaient Stéphanie Escoubas, Laurent Le Brizoual.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l'analyse de de défauts structuraux d'un pseudo-substrat GaP/Si. L'objectif principal concerne la qualité structurale de la couche épitaxiale de GaP sur un substrat de Si, en tant que pierre angulaire du développement d'une cellule solaire tandem à haut rendement avec des dispositifs bas-couts (jonctions silicium et CIGS) et une couche intermédiaire Ill-V. Tout d'abord, l'étude porte sur la caractérisation de la distribution des dislocations dans le substrat vicinal GaP sur Si(001), avec une méthode de diffusion des rayons X ayant une résolution sous-micrométrique, appelée K-Map. Les informations locales d'inclinaison et de déformation sont obtenues par une analyse de l'ensemble de données complexes 5D. Cette étude révèle une distribution anisotrope des dislocations dans différentes directions cristallographiques, liée aux marches à la surface du substrat de Si, et une distribution non homogène des dislocations, liée à la tendance à la formation de regroupements de marches. La deuxième par1ie de l'étude porte sur la croissance et la caractérisation de CIGS sur GaP/Si, en vue de développer des cellules solaires tandems associant une cellule du dessous en silicium monocristallin et une cellule du dessus en CIGS. On observe (par XRD, EDX et HRTEM) que le CIGS est déposé par croissance épitaxiale sur le pseudo substrat GaP/Si et présente une qualité structurale proche d'un monocristal. Le premier essai, non optimisé, d'une cellule solaire simple jonction de CIGS sur pseudo-substrat GaP/Si, permet d'obtenir un EQE très encourageant, similaire à celui obtenu avec la même cellule déposée sur substrat de verre avec des paramètres de dépôts optimisés.

  • Titre traduit

    Structural analysis of a GiP/Si platform and CIGS/GaP/Si heterostructures for photovoltaic application


  • Résumé

    This thesis focuses on the characterization of the structural defects on a MBE-made GaP/Si pseudo-substrate. The main purpose concerns the structural quality of GaP epitaxial layer on Si substrate, as a cornerstone for the development of high-efficiency solar cell with relatively low cost. Firstly, the study focuses on the characterization of the distribution of dislocations in GaP on Si (001) vicinal substrate, with an advanced sub­micrometer-beam X-ray scattering method, K-Map. The local tilt and strain information are obtained through an analysis of the complex 5D dataset. This study reveals an anisotropic distribution of the dislocations along different crystallography directions, linked to the steps on the surface of Si substrate, and an inhomogeneous distribution of the dislocations, linked to the tendency to form bunches. The second part of the study is on the growth and characterization ofCIGS on GaP/Si, which is used to explore tandem junctions associating single crystalline silicon bottom cell. The CIGS is observed to be epitaxially grown on the GaP/Si pseudo substrate, combining the results collected from XRD, EDX and HRTEM. A first try of a CIGS/GaP/Si solar cell is realized on a non-optimized GaP/Si pseudo-substrate. The obtained EQE is similar to the one obtained with the CIGS solar cell grown on a traditional glass substrate with the optimised deposition parameters.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Institut National des Sciences Appliquées. Bibliothèque.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.