Etude des propriétés structurales et optoélectroniques des nanoparticules de silicium dans du nitrure de silicium en vue d’applications photovoltaïque

Abstract

Cette thèse traite de l’élaboration et de la caractérisation de nanoparticules de silicium (Nps-Si) immergées dans une matrice de nitrure de silicium SiNx en utilisant SiH4 et NH3 comme gaz précurseurs. Cette étude a montré que le rapport de débit de gaz R=NH3 / SiH4 a un effet significatif sur les propriétés structurales et optiques et donc sur la réponse électrique des films. L’augmentation de l’excès de silicium dans ces couches induit une croissance de la taille de Nps-Si et une réduction progressive dans l’espace optique s’est produit : le gap optique varie de 2,4 eV pour le rapport R = 6 à 1,3 eV pour SiNx élaborée à R = 0,5. Nous avons montré donc la possibilité de modifier le gap effectif du matériau après un recuit rapide à 950°C/70s en modifiant les caractéristiques des nano structures comme la taille, le degré de cristallinité. Une approche basée sur des cellules solaires tout Silicium nécessiterait la fabrication de matériaux dans lesquels la bande interdite du Si peut être contrôlée. Les résultats de Photoluminescence PL obtenus pour des couches préparées avec différentes stoechiométries ont révélé que les mécanismes d’émission sont optimaux pour un rapport des gaz précurseurs R=4, Ceci semble correspondre à la plus grande densité de Nps-Si combinée à une taille moyenne d’environ 4 à 5 nm. A partir de la caractérisation I-V, la même structure présente le courant le plus élevé et qui concorde au compromis de présenter la valeur la plus petite de la résistance série Rs et la plus élevée pour la résistance Rd déduites de la caractérisation par spectroscopie d’impédance. Les résultats de la spectroscopie photo courant en raison de la contribution de la couche composite ont clairement démontré l'existence d'une augmentation de l'absorption du côté haute énergie associé au Ncs-Si qui pourrait être très intéressante pour l'amélioration du rendement des cellules solaires.