Croissance épitaxiale de Germanium et de matériaux III-V sur des substrats de Germanium mésoporeux, pour des applications photovoltaïques
- Date :
- Mardi 7 mai 2024
- Heure :
- À 9 h
- Type :
- Soutenance de thèse
- Lieu :
- Local P2-1002 de l’Institut interdisciplinaire d’innovation technologique (3IT)
Description :
Doctorant: Nicolas Paupy
Directeur de recherche: Abderraouf Boucherif
Codirecteur de recherche: Richard Arès
Président du jury: Mathieu Picard
Résumé: Notre société est confrontée, depuis ces dernières années, à une incessante croissance de la demande énergétique dans de nombreux domaines, tels que les transports, les télécommunications, etc. Pour répondre à cette demande et réduire l’utilisation des énergies fossiles, le secteur des énergies renouvelables est de plus en plus sollicité et semble constituer la solution idéale. Parmi les énergies renouvelables disponibles, celle du photovoltaïque a fait l’objet de nombreuses avancées, notamment dans le marché civil et spatial. Actuellement, les cellules solaires de type III-V multijonctions, reposant sur des substrats de Germanium (Ge), font l’objet d’un intérêt grandissant. Néanmoins, leur utilisation est encore limitée à des marchés de niches tels que le domaine spatial, dû à un coût de production élevée. En effet, le Ge est considéré comme un matériau rare et donc onéreux, ce qui impacte fortement le prix des cellules. De plus, les substrats de Ge utilisés pour ces cellules ne peuvent pas être réutilisés, ce qui représente une perte importante de matériaux. Il est donc nécessaire de trouver une approche permettant de diminuer la quantité de matériaux utilisée et la réutilisation du substrat de Ge. Actuellement, il est possible d’obtenir des membranes détachables de Germanium ainsi que des cellules solaires en utilisant un substrat de Germanium poreux (PGe). Malgré les avantages offerts par les approches utilisant le PGe comme base, aucune d’elles n’a jusqu’à présent réussi à intégrer de manière économique et industriellement viable les conditions requises pour obtenir une membrane détachable de Ge présentant une qualité suffisante pour la fabrication de cellules solaires. Dans cette thèse et par le biais de la nouvelle approche PEELER (Porous germanium Efficient Epitaxial LayEr Release), différents aspects ont été étudiés, permettant d’atteindre l’objectif de la membrane de Ge détachable et de qualité suffisante pour la croissance de matériaux III-V. Dans un premier temps, les paramètres de croissance de l’homoépitaxie de Ge, ainsi que l’épaisseur de la monocouche de PGe utilisée ont été étudiés, permettant de comprendre leur impact sur la réorganisation de la couche de PGe ainsi que sur la force d’adhésion de la membrane de Ge. Dans un second temps, une étude a été menée sur la viabilité de l’approche de l’homoépitaxie de Ge sur monocouche de PGe, pour créer un template de Ge compatible avec la croissance de matériaux III-V.
Doctorant: Nicolas Paupy
Directeur de recherche: Abderraouf Boucherif
Codirecteur de recherche: Richard Arès
Président du jury: Mathieu Picard
Résumé: Notre société est confrontée, depuis ces dernières années, à une incessante croissance de la demande énergétique dans de nombreux domaines, tels que les transports, les télécommunications, etc. Pour répondre à cette demande et réduire l’utilisation des énergies fossiles, le secteur des énergies renouvelables est de plus en plus sollicité et semble constituer la solution idéale. Parmi les énergies renouvelables disponibles, celle du photovoltaïque a fait l’objet de nombreuses avancées, notamment dans le marché civil et spatial. Actuellement, les cellules solaires de type III-V multijonctions, reposant sur des substrats de Germanium (Ge), font l’objet d’un intérêt grandissant. Néanmoins, leur utilisation est encore limitée à des marchés de niches tels que le domaine spatial, dû à un coût de production élevée. En effet, le Ge est considéré comme un matériau rare et donc onéreux, ce qui impacte fortement le prix des cellules. De plus, les substrats de Ge utilisés pour ces cellules ne peuvent pas être réutilisés, ce qui représente une perte importante de matériaux. Il est donc nécessaire de trouver une approche permettant de diminuer la quantité de matériaux utilisée et la réutilisation du substrat de Ge. Actuellement, il est possible d’obtenir des membranes détachables de Germanium ainsi que des cellules solaires en utilisant un substrat de Germanium poreux (PGe). Malgré les avantages offerts par les approches utilisant le PGe comme base, aucune d’elles n’a jusqu’à présent réussi à intégrer de manière économique et industriellement viable les conditions requises pour obtenir une membrane détachable de Ge présentant une qualité suffisante pour la fabrication de cellules solaires. Dans cette thèse et par le biais de la nouvelle approche PEELER (Porous germanium Efficient Epitaxial LayEr Release), différents aspects ont été étudiés, permettant d’atteindre l’objectif de la membrane de Ge détachable et de qualité suffisante pour la croissance de matériaux III-V. Dans un premier temps, les paramètres de croissance de l’homoépitaxie de Ge, ainsi que l’épaisseur de la monocouche de PGe utilisée ont été étudiés, permettant de comprendre leur impact sur la réorganisation de la couche de PGe ainsi que sur la force d’adhésion de la membrane de Ge. Dans un second temps, une étude a été menée sur la viabilité de l’approche de l’homoépitaxie de Ge sur monocouche de PGe, pour créer un template de Ge compatible avec la croissance de matériaux III-V.