Simulation et optimisation des structures à base de nouveaux matériaux pour améliorer le rendement des cellules solaires

Abstract

L’objectif de cette thèse basée sur la modélisation et la simulation est de déterminer les concentrations optimales des différents éléments constituants la structure AlxGa1-xAs1-yNy déposée sur le germanium (Ge) afin d’améliorer le rendement final de cette structure. Pour cela on a étudié l’effet de l’incorporation de l’azote (N) et de l’aluminium (Al) sur les différentes propriétés optoélectroniques de l’alliage. L’étude montre que l’Al influe légèrement sur la structure cristalline y compris le paramètre de maille, la bande interdite et la contrainte, tandis qu’il baisse la mobilité des porteurs de charges ainsi que le coefficient d’absorption. Au contraire, le (N) affect significativement le réseau cristallin et cela, pour des concentrations au-delà de 10%. A cette concentration, la contrainte induite dépasse les 2%, ce qui détériore la qualité cristalline du matériau. Aussi, l’ajout de (N) modifie la structure des bandes par l’éclatement de la bande de conduction conduisant à l’apparition de plusieurs transitions énergétiques, ce qui augmente l’absorption (fondamentale et inter-bandes) et systématiquement le rendement de conversion final. Les résultats finaux montrent que les concentrations optimales sont de 5% pour l’Al et de 2% pour (N), avec une énergie de bande interdite de 1.16 eV, une contrainte de 0.4% et un rendement de conversion final de 26.3%.