Author: Soumyadeep Misra
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Languages : fr
Pages : 166

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Author: David Kohen
Publisher: Academiques
ISBN: 9783838174471
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Languages : fr
Pages : 172

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"L'objectif de ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation de cellules solaires à jonction radiale à base d'assemblée de nanofils de silicium cristallin. Une étude sur la croissance des nanofils à partir de deux catalyseurs métalliques (cuivre et aluminium) dans une machine de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression réduite est présentée. L'influence des conditions de croissance sur la morphologie, le dopage et la contamination des nanofils par le catalyseur est analysée par des mesures électriques, chimiques (SIMS, Auger) et structurales (SEM, TEM, Raman). Le cuivre est utilisé pour la fabrication d'une cellule solaire avec des nanofils de type p et une jonction radiale créée avec du silicium amorphe de type n. Les performances photovoltaïques de la cellule solaire sont ensuite mesurées et interprétées. Un rendement de conversion de 5% est mesuré sur une cellule avec des nanofils de hauteur 1,5μm." [source : 4ème de couv.].

Author: David Kohen
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Languages : fr
Pages : 0

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L'objectif de cette thèse porte sur la fabrication et la caractérisation de cellules solaires à jonction radiale à base d'assemblée de nanofils de silicium cristallin. Une étude sur la croissance des nanofils à partir de deux catalyseurs métalliques (cuivre et aluminium) dans une machine de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression réduite est présentée. L'influence des conditions de croissance sur la morphologie, le dopage et la contamination des nanofils par le catalyseur est analysée par des mesures électriques, chimiques (SIMS, Auger) et structurales (SEM, TEM, Raman). Le cuivre est utilisé pour la fabrication d'une cellule solaire avec des nanofils de type p et une jonction radiale créée avec du silicium amorphe de type n. Les performances photovoltaïques de la cellule solaire sont ensuite mesurées et interprétées. Un rendement de conversion de 5% est mesuré sur une cellule avec des nanofils de hauteur 1,5μm.

Author: Ludovic Dupré
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Languages : fr
Pages : 0

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Les nanofils de silicium présentent un fort potentiel d'intégration, et leur utilisation dans des dispositifs électroniques tels que des cellules solaires photovoltaïques ne peut se faire que si leur élaboration et leurs propriétés structurales sont maitrisées. Nous présentons dans cette thèse une méthode de fabrication de matrices de nanofils de silicium par croissance catalysée par l'or ou le cuivre en dépôt chimique en phase vapeur et faisant appel à des matrices de guidage de la croissance en alumine nanoporeuse. Cette technique permet notamment la croissance d'assemblées de nanofils ultra-denses (1.10^{10} nanofils/cm2) sur substrat non préférentiel ou d'hétérostructures comme des nanofils de germanium sur substrat de silicium. Grâce à la diffraction des rayons X nous montrons ensuite que les nanofils produits sont de très bonne qualité structurale malgré leur substrat non préférentiel et la présence d'une légère déformation de leur maille cristalline. Le contrôle de la déformation cristalline de nanofils de germanium est par ailleurs démontré en encapsulant les nanofils dans une coquille de nitrure de silicium. De nouveaux éléments de réflexion sont également rapportés concernant la contamination des nanofils de silicium par le catalyseur de leur croissance. Enfin l'intégration des nanofils de silicium dans des dispositifs solaires photovoltaïques est démontré en faisant appel à des jonctions PN radiales entre le coeur et la coquille des nanofils.

Author: Andreas Kay
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Languages : en
Pages : 189

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Cette thèse décrit un nouveau type de cellule solaire photovoltaïque ayant comme base une électrode nanocrystalline de dioxyde de titane sensibilisée par un colorant. Contrairement aux cellules solaires traditionnelles dans lesquelles la lumière est absorbée par un semi-conducteur de bande interdite étroite, le Ti02 est transparent dans la partie visible du spectre en raison de sa bande interdite large. Dans notre cas, la lumière est absorbée par un colorant attaché à la surface du semi-conducteur, par exemple par un complexe polypyridyl du ruthénium ou un dérivé de la chlorophylle. La séparation des charges est la conséquence de l'injection d'un électron par le colorant excité dans la bande de conduction du Ti02, suivi par la réduction rapide du colorant oxydé par un électrolyte rédox. Un tel mécanisme purement cinétique de séparation des charges se trouve aussi dans les centres de réaction des systèmes naturels de photosynthèse. La comparaison va plus loin: de même que les membranes thylacoïdes des chloroplastes contenant la chlorophylle sont pliées en piles de grana pour bien capter la lumière, une couche mince de particules nanocrystallines de Ti02 met à la disposition de l'adsorption du colorant une surface qui est élargie plusieurs centaines de fois. Alors que l'efficacité des cellules solaires polycrystallines traditionnelles est restreinte par la recombinaison des porteurs de charge aux limites des grains et à cause des défauts ou des impuretés du réseau, le Ti02 sert seulement comme conducteur des porteurs de majorité (électrons injectés), de sorte qu'une recombinaison dans le semi-conducteur même n'a pas lieu dans ce type de cellule solaire. Pour cette raison une séparation eftïcace des charges peut être obtenue même avec une électrode mince fabriquée à partir d'une poudre de Ti02 bon marché. Nous avons étudié les principes théoriques, la fabrication et les propriétés de différents éléments de la cellule solaire de Ti02 nanocrystalline sensibilisée par un colorant. Le premier chapitre donne un bref résumé de l'état actuel de la photovoltaïque et de la sensibilisation par des colorants. Le deuxième chapitre traite de la photoélectrode à couche mince polycrystalline. On discute d'abord du choix du substrat ainsi que de son prétraitement par déposition d'une souscouche. Ensuite on examine diffkrentes méthodes pour la fabrication des couches nanoporeuses de Ti02. Trois procédures sont convenables: l'hydrolyse in situ d'un alcoxide de titane, l'application d'une dispersion colloïdale de Ti02 et la déposition chimique à partir de la phase gazeuse (CVD) d'une couche mixte de Ti02 et B203 Le procédé colloïdal est le plus universel, parce que la distribution de la taille des particules peut être influencée pendant la préparation du colloïde, par exemple par précipitation, peptisation et traitement hydrothermique, ou par dispersion d'une poudre de Ti02 préparée par hydrolyse dans une flamme ou oxygénolyse dans un plasma. De plus, le colloïde peut être appliqué par différentes techniques sur le substrat: avec un Doctor blade, par sérigraphie, par sprayage ou 6lectrodéposition. Enfin, nous discutons le posttraitement de la photoélectrode par déposition d'une sur-couche de Ti02 et par chauffage de même que sa manipulation jusqu'à l'adsorption du colorant. Afin d'interpréter l'amélioration des propriétés de l'électrode obtenue par ce procédé, l'adsorption du colorant sur les surfaces déshydroxylées les plus exposées des particules nanocrystalline d'anatase est modélisée. Dans le troisième chapitre, nous passons à la sensibilisation avec des colorants, commençant avec une liste de conditions générales qui doivent être remplies par le sensibilisateur. On décrit une installation expérimentale pour enregistrer le spectre d'action du photocourant et on rapporte les résultats pour quelques-uns des complexes polypyridine du ruthénium les plus efficaces. La sensibilisation avec des dérivés de la chlorophylle et des porphyrines naturelles apparentées est examinée en detail. L'influence de différents coadsorbats, comme des acides cholanics et des sucres, est comparée et interprétée à l'aide des modèles moléculaires. Le mécanisme de la photosensibilisation avec des dérivés de la chlorophylle est déduit de l'extinction de la fluorescence statique et dynamique ainsi que par photolyse par éclair laser et ransients du photocourantltension en liaison avec la voltamétrie cyclique et la spectroélectrochimie. Ces expériences montrent l'importance des états de surface sur les particule nanocrystallines de Ti02 pour capter les électrons injectés. Enfin nous présentons les résultats obtenus avec quelques autres sensibilisateurs. entre autres le carotenoate et une merocyanine. Le quatrième chapitre traite de l'électrolyte rédox, qui sert à transmettre l'électron arrivant depuis le circuit externe à la contre-électrode sur le colorant oxydé. Nous enumérons les exigences gédrales pour le couple rédox et discutons les particularités du couple iodure/aiiodure. On discute de l'état actuel des conaissances dans le domaine des électrolytes solides et leur application dans la cellule solaire de Ti02 nanocrystalline sensibilisée par un colorant. Au cinquième chapitre nous décrivons brièvement la fabrication et les propriétés de la contre-électrode, qui doit réduire le couple rédox à un sur-potentiel faible et qui en même temps peut servir de miroir au revers de la cellule solaire. Le sixième chapitre contient quelques perspectives concernant le futur développement de ce nouveau type de cellule solaire.

Author: Kavita Surana
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Le confinement quantique dans le silicium, sous forme de boîtes quantiques de silicium de diamètre 5 nm, permet de contrôler le bandgap et donc l'émission de lumière. Cette ingénierie du bandgap des nanocristaux de silicium est utile pour les applications photovoltaïques avancées et présente l'avantage de conserver la compatibilité avec les technologies silicium existantes. Ces boîtes quantiques peuvent aider à réduire les pertes par thermalisation dans une cellule solaire homo-jonction. Ce travail se concentre sur la fabrication à grande échelle des nanocristaux de silicium dans SiO2 en utilisant le Dépôt Chimique en Phase Vapeur assisté par Plasma (PECVD), suivi d'un recuit à haute température. Des monocouches sont comparées avec des multicouches pour les propriétés morphologiques, électriques et optiques et des dispositifs avec ces différents couches sont comparés. Dans le cas d'une structure monocouche, l'épaisseur de la couche contrôle l'organisation des nanocristaux et permet de mettre en évidence l'amélioration de la conductivité électrique, avec cependant une réponse optique faible. Les multicouches montrent un bandgap du Si augmentée et controlee, avec une meilleure absorption dans la gamme bleu-vert visible, accompagnée d'une conductivité électrique faible. L'amélioration de ces propriétés optiques est un signe prometteur pour une potentielle intégration photovoltaïque.

Author: Jérôme Michallon
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La conversion photovoltaïque est un procédé très attractif pour la fourniture d'énergie propre et renouvelable. Cette filière est en plein essor grâce à une réduction constante des coûts de revient et des politiques incitatives de nombreux pays. Pourtant, l'ensemble des panneaux photovoltaïques installés ne produit qu'une faible part de la consommation mondiale en électricité. Les récents développements technologiques dans l'industrie photovoltaïque se sont surtout concentrés sur les cellules dites de seconde génération, à savoir les couches minces à base de CIGS, CdTe, a-Si, a-SiGe. Cette filière permet la fourniture d'électricité à coût inférieur à la technologie standard silicium, mais les rendements de conversion demeurent encore faibles, ce qui nécessite de larges surfaces disponibles. Il est à noter notamment que les cellules couches minces à base de matériaux semiconducteurs à gap direct comme le CIGS et le CdTe sont en plein essor puisqu'ils profitent en particulier d'une absorption accrue par rapport au silicium ; toutefois, ces matériaux sont présents en quantité limitée à la surface de la planète (In, Te). Dans ce contexte, les cellules à base de nanofils constituent une solution intéressante aux problèmes de l'absorption de la lumière, du transport et de la séparation des porteurs de charge photo-générés mais aussi de la quantité de matière utilisée. En effet, en utilisant une jonction radiale (i.e. entourant le nanofil), il est possible de séparer l'absorption de la lumière ( liée notamment à la longueur du nanofil) de la collecte des porteurs de charge (qui dépend du diamètre des nanofils). L'intérêt de ces structures réside également dans les propriétés de base des nanofils : la relaxation élastique favorable sur leur surface latérale ouvre le champ au dépôt de nanofils par hétéro-épitaxie sur tout type de substrat alors que la faible densité de défauts étendus en leur sein est propice à un transport efficace des porteurs de charges. Ainsi, la possibilité de réaliser des nanofils sur substrat souple en réduisant de manière importante la quantité de matière utilisée par rapport à une cellule en silicium cristallin massif peut être envisagée. Plusieurs laboratoires grenoblois ont déjà une expertise dans le domaine de la croissance des nanofils. Cette thèse a pour but de réaliser une analyse expérimentale approfondie des propriétés optoélectroniques des nanofils (par des mesures de réflectivité, de durée de vie des porteurs minoritaires et de recombinaisons en surface et aux interfaces) combinée à des simulations optiques (de type RCWA ou FDTD) et électriques (TCAD). L'objectif ultime étant de concevoir et de développer des cellules à base de nanofils de silicium et de ZnO/CdTe. Des démonstrateurs seront réalisés sur la base des simulations électro-optiques. Pour cela, les moyens d'élaboration, de caractérisation et de technologie des différents laboratoires et entités, ainsi que les compétences associées, seront mis en commun pour accompagner les travaux du doctorant.

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.