30 oct. 2018

Offre de Stage Master 2: Mesure par OCVD (Open Circuit Voltage Decay) et simulations par TCAD Synopsys de durées de vie des porteurs dans les matériaux antimoniures dédiés à la conversion photovoltaïque sous concentration


Présentation et contexte : Depuis plus de 30 ans, les performances des cellules photovoltaïques n’ont cessé de s’améliorer. Si la technologie silicium mono cristalline a vu sa progression s’étouffer dès les années 95 (25 % de rendement en 2000 à 1 soleil avec une progression de 1 % en 5 ans, 27,6 % de rendement en 2005 à 92 soleils avec une progression de 1 % en 20 ans) les cellules multi jonctions à base de semiconducteurs III/V ont gagné un peu plus de 10 points en 10 ans pour afficher aujourd'hui 46 % de rendement à 500 soleils environ. Ces cellules sont composées de multijonctions III/V enGaInP-GaAs-GaInAs. Le nombre important de couches dans de telles structures rend leur réalisation complexe et coûteuse. Notre collaboration avec l’IES de Montpellier, spécialiste en croissance d’antimoniures et en dépôt métallique de contact sur de tels matériaux, a ouvert l’étude de cellules tandem (doubles jonctions) en GaSb/AlGaAsSb accordé sur GaSb. L’utilisation de ces deux matériaux permet l’optimisation du binôme de gap propice à un rendement optimum pour deux jonctions.

Lieu : Laboratoire PROMES-CNRS, Tecnosud, Rambla de la thermodynamique, 66100 PERPIGNAN, FRANCE, fax : +33 4 68 68 22 13

Durée : 6 mois (février-juillet 2019)

Contacts et encadrants :

Arnaud PERONA (maître de conférences), , tél. 04 68 68 22 69

Matthieu CAUSSANEL (maître de conférences), , tél. 04 68 68 22 58

Description du sujet : La réalisation de telles cellules tandem passe avant tout par l’optimisation de ses niveaux de dopage et des épaisseurs de ses couches. Ces dernières dépendent directement de la longueur de diffusion des porteurs minoritaires (électrons dans la zone dopée p, trous dans la zone dopée n), c’est-à-dire la distance moyenne parcourue par les porteurs minoritaires avant recombinaison. Elle doit donc être au moins égale à l’épaisseur de la couche concernée. Elle est définie par la relation suivante :
form1où form2 est le coefficient de diffusion (capacité qu’a une espèce à diffuser en fonction de la température) et form3 est la durée de vie des porteurs minoritaires, durée moyenne au bout de laquelle les porteurs se recombinent. L’épaisseur des couches à réaliser dépend donc de la valeur de la durée de vie des porteurs minoritaires. Cette durée de vie dépend du matériau lui-même, et de la quantité de défauts dans la structure, c’est-à-dire du dopage visé et du dopage résiduel généré par le bâti de croissance. Un banc de mesure de durée de vie de porteurs minoritaires par OCVD (Open Circuit Voltage Decay) a récemment été mis en place au laboratoire. Cette technique consiste à enregistrer en fonction du temps la décroissance de la tension aux bornes du composant après arrêt soudain de l'excitation électrique.

Le stagiaire aura à charge la détermination de durée de vie de porteurs minoritaires dans du GaSb et dans du AlGaAsSb en étudiant des jonctions pn GaSb et AlGaAsSb par OCVD et par simulation avec le logiciel TCAD Synopsys. Il sera amené à optimiser le banc de mesure pour le rendre compatible aux mesures de durées de vie très courtes dans ces matériaux (de la nanoseconde à quelques dizaines de nanosecondes suivant les niveaux de dopage). Un banc de mesure de capacitance de courant-tension viendra compléter le dispositif afin d’affiner au maximum les résultats obtenus par OCVD. Les paramètres de durée de vie obtenus, un dessin optimisé en épaisseur et en dopage des structures sera proposé. L’étudiant devra avoir une bonne connaissance de la physique des semiconducteurs et/ou en techniques de caractérisation électrique.

N. B. Le stage fera l'objet d'une gratification forfaitaire (~543 €/mois).