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Elaboration et caractérisations des cellules solaires Si-Ge Cœur-Coquille sur substrat Silicium en vue de l’optimisation de leur rendement

PHC : Maghreb
Codes du projet : 14MAG34 -- Campus N° 32595SL
Domaine : Energies renouvelables et développement durable
Intitulé : Elaboration et caractérisations des cellules solaires Si-Ge Cœur-Coquille sur substrat Silicium en vue de l’optimisation de leur rendement
Porteur(s) : BERBEZIER Isabelle; MAAREF Hassen; ZAZOUI Mimoun; AISSAT Abdelkader
Date de début : 01/01/2014
Date de fin : 31/12/2016

Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont constituées de semi-conducteurs, principalement à base de silicium (Si). Le silicium utilisé est soit amorphe, soit polycristallin, soit monocristallin. L'utilisation de couches de conversion d'énergie est une des solutions [1] proposée pour les cellules Photovoltaïques (PV) de 3ème génération (cellules solaires à bas coût et haut rendement, basées sur des concepts innovants). Différents types de nanostructures ont été suggérés: nous nous intéressons ici aux nanocristaux à base de silicium (Si‐NCs) et aux nanofils cœur-coquille Si-Ge (Si/Ge-NWs) qui se sont révélés avoir un fort potentiel comme convertisseurs de photons [2], grâce à leurs propriétés de luminescence dans le visible qui devraient augmenter indirectement le rendement de conversion dans la région de forte absorption de la cellule solaire. Néanmoins, à cause du caractère indirect du gap de Si, les nanostructures à base de Si sont caractérisées par un faible rendement d'émission radiative (les électrons sont affectés par la vibration de réseaux) et une faible section efficace d'absorption.

Objectifs

Ce projet présente deux objectifs, scientifiques et techniques. Sur le plan scientifique nous développerons des modèles et des procédés pour la fabrication des nanofils cœur-coquille Si-Ge/Si pour application aux cellules photovoltaïques. Il nous permettra de comprendre les phénomènes physiques, à l’échelle atomique, mises en œuvre lors de la croissance des nanofils et intervenants dans le fonctionnement des cellules solaires.Il permettra aussi la formation par la recherche des jeunes étudiants soit dans la préparation des doctorats soit dans le cadre de la préparation des habilitations universitaires en physique dans les trois pays partenaires.Sur le plan technologique, nous envisagerons le prototypage d’une matrice (réseau de cellules) à cellules PV à nanofils cœur-coquille afin d’améliorer le rendement. Ce prototype de cellules PV sera transféré aux partenaires industriels pour le tester et le valider dans les conditions naturelles.Le partenaire tunisien est la société EPC International qui travail dans le domaine de l'énergie renouvelable. http://www.epc-int.com/Le partenaire francais sera ATR robotique (http://www.atrrobotique.fr/), une PME de la région de Marseille avec l'équipe de Marseille ont une forte collaboration. En bref l’objectif majeur de ce projet est le développement d’une nouvelle voie pour synthétiser des cellules solaires basées sur les Nanofils afin d’améliorer le rendement quantique.

Résultats

Les stages au sein de l’équipe NSE - IM2NP (Marseille) permettent aux jeunes impliqués dans le projet d’apprendre à utiliser différents grands équipements scientifiques dans le but d’élaborer et de caractériser des structures modèles qui seront ensuite testées à Monastir, Casablanca et Blida. Les différentes techniques utilisées sont : • Nanogravure par faisceaux d’ions focalisés (FIB)• Epitaxie par jets moléculaires (MBE)• Microscopie électronique à balayage (SEM)• Microscopie électronique en transmission (TEM)• Microscopie à force atomique (AFM)• Recuit thermique (RTP)• Microscope optique à champ sombre• Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PE-CVD)Les différentes thématiques dans lesquelles ils sont impliqués pour répondre à l'objectif sont:1. Fabrication de structures Si-NCs par démouillage de Si et SiGe/Si sur substrats SOI (homogène et hétérogène)2. Réalisation de nanofils SiGe cœur-coquilles par FIB.3. Caractérisation optique et électrique de nano-objetsL'équipe tunisienne effectue des caractérisations optiques, l'équipe marocaine effectue des caractérisations structurales des modélisations de photocourant et l'équipe algérienne modélise les caractéristiques opto-électroniques des structures.Les différentes structures à l'étude sont les suivantes:XXXXXXXX

Informations supplémentaires

Université Hassan II - Faculté des Sciences et Techniques de Mohammédia

Partenaire marocain
Casablanca

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Laboratoire de Physique de la Matière Condenée - Département de Physique


Responsable(s)
--

Université de Monastir

Partenaire tunisien
Monastir

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Laboratoire de Physique des Semi-conducteurs et des Composantes Electroniques


Responsable(s)
--

Université Saad Dahlab Blida

Partenaire algérien
Blida
http://www.univ-blida.dz/index.php?option=com_content&view=article&id=145:equipe-4&Itemid=533

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Département électronique


Responsable(s)
--

CNRS - Aix Marseille Université

Partenaire français
Marseille
http://www.im2np.fr/

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Institut Matériaux Microélectronique et Nanosciences de Provence


Responsable(s)
--

    PHC 01

    Appel à projet 2017

    L'appel à projet 2017 du PHC Maghreb est ouvert sur le site de Campus France du 3 février au 4 avril 2016