Sommaire: Etude des matériaux semi-conducteurs III-V Application à la conversion photovoltaïque
Introduction Générale
Chapitre I: Les matériaux semi-conducteurs III-V
I-1 Introduction
I-2 Définition des semi-conducteurs III-V.
I-3 les composés binaires, ternaires et quaternaires des s/c III-V.
I-3-1 Les composés binaires
I-3-2 Les composés ternaires et quaternaires
I-4 Structure cristalline.
I-5 Réseau réciproque. La zone de Brillouin.
I-6 Méthodes de calcul de la structure de bandes d’énergie des composés semi-conducteurs
I-6-1 Les approximations de base. L’hamiltonien total du cristal
I-6-2 L’approximation adiabatique
I-6-3 L’approximation de Hartree-Fock
I-6-4 Les méthodes de calcul de la structure de bande.
I-6-4-1 La méthode de liaisons fortes
I-6-4-2 La méthode cellulaire.
I-6-4-3 La méthode des ondes planes augmentée (A.P.W)
I-6-4-4 La méthode des ondes planes orthogonaliseés (O.P.W)
I-6-4-5 La méthode des pseudo-potentiels.
I-7 Structure des bandes d’énergie des semi-conducteurs III – V.
I-7-1 Structure de bande de GaAs.
I-7-2 Structure de bande de InP
I-8 Bandes interdites des composés III-V
I-8-1 Bandes interdites des principaux composés III-V
I-8-2 Discontinuité de bandes aux hétérojonctions « offset » ∆E
I-8-3 Nature de la bande de conduction du matériau Ga (1-y)AlyC As
I-9 Théorie de l’approximation de masse effective dans les hétérostructures
I-10 Le modèle d’Anderson d’une hétérojonction
I-11 Conclusion
Chapitre II : La conversion photovoltaïque
II-1 Introduction
II-2 Spectre solaire et l’air masse
II-2-1 L’air masse
II-2-2 Spectre solaire
II-3 Description de la structure d’une cellule solaire
II-4 Absorption et réflexion de la lumière
II-5 Principe de fonctionnement d’une cellule solaire
II-6 Mécanismes de génération et de recombinaison des porteurs
II-6-1 La recombinaison
II-6-1-1- La recombinaison bande à bande
II-6-1-2- La recombinaison par pièges
II-6-1-3- La recombinaison Auger
II-6-2 La génération
II-7 Différents matériaux solaires
II-8 Nouvelles structures photovoltaïques
II-8-1 Cellule photovoltaïque conventionnelle
II-8-2 Cellule à BSF
II-8-3 Cellule noire (Non reflecting cell)
II-8-4 Structure PERL
II-8-5 Photopiles en films minces
II-8-7 Cellule solaire de type Schottky
II-8-8 Cellule solaire de type structure MIS
II-8-9 Tandem solaire
II-9 Conclusion
Chapitre III : Caractéristiques électriques de la cellule solaire
III-1 Introduction
III-2 Courant d’éclairement pour une lumière monochromatique dans une homojonction
III-2-1 Courant dans la région quasi-neutre N
III-2-2 Courant dans la région quasi-neutre P
III-2-3 Courant dans la région de charge d’espace
III-2-4 Photo-courant total
III-3 Hétérojonctions
III-3-1 Photo-courant
III-4 Réponse spectrale
III-5 Courant d’obscurité
III-5-1 Courant d’injection
III-5-2 Courant de recombinaison dans la zone de déplétion
III-5-3 Courant tunnel
III-5-4 Courant total d’obscurité
III-6 Circuit équivalent
III-7 Le Rendement
III-8 Conclusion
Chapitre IV : Le PC1D et la représentation des structures étudiées
IV-1 Introduction
IV-2 Le simulateur PC1D
IV-3 L’environnement de PC1D
IV-4 Identification du matériau GaAs
IV-5 Le fonctionnement du PC1D
IV-6 Présentation des cellules étudiées
IV-6-1 Présentation de la cellule à homojonction
IV-6-2 Présentation de la cellule à hétérojonction
IV-7 Conclusion
Chapitre V: Résultats et interprétations
V-1 Introduction
V-2 Optimisation des cellules
V-2-1 La cellule à homojonction
V-2-1-1 Présentation de la cellule
V-2-1-2 Procédure
V-2-1-2-1 Influence des paramètres de la base sur le performances de la cellule
V-2-1-2-2 Influence des paramètres de l’émetteur sur les performances de la cellule
V-2-2 Cellule solaire à base de GaAs à hétérojonction
V-2-2-1 Présentation de la cellule
V-2-2-2 Influence des paramètres de la couche fenêtre sur les performances de la cellule
V-2-2-2-1 Effet de l’épaisseur de la couche fenêtre
V-2-2-2-2 L’effet du dopage de la couche fenêtre
V-3 Comparaison entre la cellule solaire à homojonction et celle à hétérojonction
V-4 L’effet de la couche antireflet sur les performances de la cellule
V-5 Effet de la couche BSF
V-6 Effet de la texturisation
V-7 Conclusion
Conclusion Générale
♣ Extrait du mémoire
Chapitre I: Les matériaux semi-conducteurs III-V
I-1 Introduction:
Après les spectaculaires résultats enregistrés dans la technologie Silicium dans le domaine de la microélectronique, la recherche de composants électroniques présentant des propriétés de transport supérieures à celles du Silicium, conduit la plupart des grands laboratoires de recherches à s’intéresser à des nouveaux matériaux et en particulier les composés semi-conducteurs III-V.
C’est alors qu’une nouvelle classe de matériaux fait son apparition, basés sur la création d’un potentiel dans un cristal par:
• La modulation de dopage.
• La variation de composition d’un alliage.
• La combinaison des deux méthodes précédentes.
I-2 Définition des semi-conducteurs III-V :
Les matériaux semi-conducteurs III-V sont des corps composés formés à partir d’un élément de la III colonne et d’un élément de la V colonne de la classification périodique de Mendeliev. Le tableau I-1 regroupe un extrait de cette classification (les chiffres en haut et bas représentent respectivement le nombre atomique et la masse atomique). Ainsi de nombreux composés binaires peuvent être réalisés.
Tableau I-1 . Extrait de la classification périodique des éléments.
I-3 Les composés binaires, ternaires et quaternaires des S/C III/V:
I-3-1 Les composés binaires :
Parmi tous les composés binaires possibles, tous n’ont pas le même intérêt potentiel. L’étude de leurs propriétés, et en particulier de la structure de bandes montre que les éléments les plus légers donnent des composés dont laquelle la bande interdite est large et indirecte, et dans laquelle la masse effective des électrons est élevée.
Les composés contenant du bore, de l’aluminium ou de l’azote entrent dans cette catégorie; ils ont en général peu d’intérêt pour l’électronique rapide [1], qui demande des semi-conducteurs à forte mobilité de porteurs ou pour l’optoélectronique ou une structure de bande directe est nécessaire pour que les transitions optiques soient efficaces. A l’autre extrémité, les éléments lourds comme le thalium ou le bismuth donnent des composés à base de Galium (GaAs, GaSb) ou d’indium ( InP, InAs,InSb) dont les propriétés sont les plus intéressantes. Le tableau (I-2) résume quelques paramètres pour différents matériaux de la famille III-V.
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