Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON - CNRS UMR 6082

Cette thèse porte sur l’optimisation de la croissance hétérogène du 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-coûts (junctions silicium et CIGS) et une couche intermédiaire III-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 complexe 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 partie 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.

Les résultats obtenus dans cette thèse profitent à la réalisation d’une cellule solaire à haut rendement et à faible coût basée sur un substrat de silicium.