Mesure par OCVD de la durée de vie des porteurs minoritaires dans des jonctions en GaSb, en GaAs et en Si : simulations et expérimentations / Antoine Lemaire ; sous la direction de Alain Dollet et de Matthieu Caussanel et de Arnaud Perona

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Photopiles

Semiconducteurs

Matériaux -- Détérioration

Durée de vie (ingénierie)

Classification Dewey : 530

Dollet, Alain (Directeur de thèse / thesis advisor)

Caussanel, Matthieu (1976-.... ; enseignant-chercheur en électronique) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Perona, Arnaud (1975-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Christol, Philippe (ingénieur) (Président du jury de soutenance / praeses)

Guillemoles, Jean-François (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Rouillard, Yves (physicien) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Carrere, Hélène (19..-.... ; physicienne) (Membre du jury / opponent)

Almuneau, Guilhem (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Perpignan (1979-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Énergie environnement (Perpignan) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Mesurer la durée de vie des porteurs minoritaires est indispensable pour optimiser les cellules PV. La méthode OCVD le permet dans une jonction p-n. C'est une technique relativement simple à mettre en place et peu coûteuse comparée à d'autres largement utilisées comme la PCD ou la TRPL. Cependant elle a rarement été employée pour les matériaux III-V puisque les durées de vie sont généralement très faibles (<1μs). Nous nous intéressons aux semiconducteurs III-V puisqu'ils sont utilisés dans les cellules multijonctions dédiées au CPV. Afin de déterminer la durée de vie dans ces matériaux, le signal OCVD doit être modélisé. Pour ce faire, nous avons tout d'abord utilisé la simulation TCAD pour étudier l'influence du design (épaisseur du bulk et dopage de l'émetteur) de jonctions p-n en silicium et en GaAs sur le signal OCVD. Nous avons travaillé sur l'extraction de la durée de vie dans une région spécifique : le bulk. Parallèlement nous avons caractérisé des diodes en GaSb et en GaAs. À l'aide de la simulation TCAD, nous avons ajusté les courbes expérimentales I-V et OCVD. Ceci nous a permis de mettre en évidence l'importance de la diode anti-retour dans le circuit OCVD. Son temps de blocage doit être inférieur à la durée de vie à mesurer. Enfin, nous avons développé, sur la base du modèle équivalent à une diode en régime transitoire, un modèle sous Python. Il permet de simuler le signal OCVD puis d'ajuster une courbe expérimentale à partir de plusieurs variables d'ajustement (τOCVD, Nl et Rsh). Ce modèle permet également d'examiner l'influence de ces grandeurs sur le signal OCVD et donc d'appréhender davantage le comportement de la mesure.

Résumé / Abstract : Minority carrier lifetime measurement is essential to optimize PV solar cells. The OCVD method allows it into p-n junction. Compare to other technics widely used like PCD or TRPL, it is really simple and cheap. However it has been scarcely used for III-V materials mainly due to their low lifetime (<1μs). We focus on III-V semiconductors because they are good candidates to multijunction solar cells dedicated to CPV. Nevertheless, the OCVD signal must be simulated in order to extract lifetime in these materials. Therefore, we first used TCAD simulation to study design influence (bulk thickness and emitter doping) of silicon and GaAs p-n junctions on OCVD signal. We examined lifetime extraction in a specific region: the bulk. In parallel, we characterized GaSb and GaAs diodes. Experimental I-V and OCVD curves of GaSb p-n junctions have been fitted by TCAD simulation. It allowed to highlight the blocking diode is of major importance. Its blocking time has to be shorter than measured lifetime. Finally, we developed a model under Python based on transient single-diode model. It enables first to simulate OCVD signal, then to fit experimental curve with several fitting variables (τOCVD, Nl et Rsh). This modelling allowed to study further the variable influences on the signal and thus improved our knowledge on OCVD behaviour.