Nanofils coeur-coquille Ge-GaAs pour application

Proposition de stage 2013-2014
Laboratoire: Institut d'électronique fondamentale
Adresse: Université Paris Sud,Bât 220
91405 Orsay Campus Cedex
Directeur du laboratoire: André de Lustrac
Responsable(s) du stage: Charles Renard
Téléphone: 01 69 15 40 47
e-mail: [email protected]
Nanofils coeur-coquille Ge-GaAs pour application photovoltaïque sur Si
Projet scientifique :
Les activités de l’équipe Heterna de l'IEF (http://heterna.ief.u-psud.fr) portent sur
l'intégration hétérogène de matériaux sur silicium à l'échelle nanométrique. Un des axes de
recherche est orienté plus spécifiquement sur l'élaboration et l'étude des nanofils (NFs)
semiconducteurs pour des applications photovoltaïques (PV) sur Si.
La conversion de l'énergie solaire en électricité est un domaine en pleine expansion
technologique motivée par un fort impact économique et environnemental lié à la nécessité de
réduire les émissions de carbone. Les NFs semi-conducteurs sont considérés comme des candidats
très prometteurs pour une nouvelle génération de dispositifs photovoltaïques. D’une part, la
synthèse des NFs, par l’approche bottom-up, permet de réduire considérablement la quantité de
matière associée à une cellule, et donc son coût. De plus, la structure radiale (de type coeurcoquille) des jonctions p-n dans les NFs permet une collecte efficace des porteurs photo-générés.
D'autre part, le concept de multijunctions (MJS) a conduit à l’obtention des plus hautes
performances pour les cellules solaires, avec des rendements de conversion record de 35,8% à 1
soleil et de 43,5% sous concentration pour les cellules triple jonction. Cependant, cette
technologie souffre de coûts élevés, principalement dus au prix des substrats de Ge et à la
nécessité d’utiliser des matériaux de très haute qualité. Du fait que les NFs peuvent accommoder
leurs désaccords de maille en volume il est alors possible de réaliser les MJs sur des substrats de
silicium bon marché. Le but de cette étude est donc d’optimiser la croissance des NFs coeurcoquille Ge-GaAs pour la réalisation de cellules solaires avec des performances améliorées sur
substrat de Si.
Le travail de stage concernera donc l'optimisation des paramètres de croissance et l'étude
des propriétés physiques des fils en fonction de ces paramètres. Pour cela, le stagiaire effectuera
une étude paramétrique corrélant les paramètres (P, T, flux..) de croissance et les propriétés
structurales des nanofils coeur-coquille. La structure coeur-coquille entre le GaAs et le Ge sera
réalisée par une reprise d’épitaxie classique de GaAs sur Ge. Ces deux matériaux ayant l’intérêt
d’être en quasi-accord de maille l’un avec l’autre, ce qui permet de réaliser la reprise d’épitaxie,
suivant la géométrie radiale, sans se soucier des problèmes de relaxation. Différentes
caractérisations structurales et électriques seront également envisagées.
Techniques utilisées :
Technologies en salle blanche : nettoyage, dépots, lithographie électronique….
Techniques d'épitaxie : CBE (Chemical Beam EpitaxyVapor)
Techniques de caractérisation : microscopies MEB-MET, XRD, caractérisations électriques (I-V,
C-V, ...)
Qualités du candidat requises : expérimentateur,
Rémunération éventuelle du stage : 436,05 euros/mois
Possibilité de poursuivre en thèse ? oui
Si oui, mode de financement envisagé : bourse du ministère ou financement ANR