Nanofils GaAs/AlGaAs pour cellules solaires tandem sur silicium

Des réseaux réguliers de nanofils coeur-coquille GaAs/GaAlAs auto-catalysés, avec un taux de nanofils verticaux élevé (85-90%) et comprenant une jonction p-i-n radiale dans la coquille d'Al0.2Ga0.8As, ont été obtenus sur des substrats de Si(111) pour la réalisation de cellules solaires tandem à base de nanofils.

Les réseaux de nanofils ont été crus sur des surfaces patternées de 0,9 x 0,9 cm2 avec un réseau de trous dans un masque de SiO2 (patterning réalisé au C2N par A. Cattoni et coll.). Le choix de Al0.2Ga0.8As en tant que constituant de la cellule supérieure est dû à sa bande interdite de 1,7 eV, qui est la valeur optimale pour une cellule tandem avec le Si. La présence d’un cœur de GaAs est une étape nécessaire pour contourner l’impossibilité de faire croître directement des nanofils d’AlO.2Ga0.8As sur un substrat de Si via le mécanisme VLS auto-catalysé. Les hauts rendements de nanofils verticaux ont été obtenus grâce à une procédure de croissance comprenant un prétraitement thermique de 15 mn à une température supérieure de 15 ° C à celle de la température de croissance des nanofils.
Les nanofils cœur/coquille p-GaAs / p.i.n-Al0,2Ga0As  ont été caractérisés par microscopie à courant induit par faisceau d’électrons (EBIC) au C2N (groupe de M. Tchernycheva). Les courants sont extrêmement uniformes sur 83% de la longueur des nanofils, suggérant ainsi la présence d’une jonction p-i-n radiale conforme. Les courbes I (V) mesurées sur des nanofils uniques ont également révélé un comportement diodique avec de très faibles courants de fuite (jusqu’à -2 V), confirmant ainsi la bonne qualité de la jonction p-i-n radiale. Ces nanofils peuvent donc être considérés comme des briques de base performantes pour la réalisation de la cellule supérieure de la cellule tandem.

Contacts:

Michel GENDRY, Alain FAVE

Références:

  1. Growth optimization and characterization of regular arrays of GaAs/AlGaAs core/shell nanowires for tandem solar cells on silicon
    M. Vettori, V. Piazza, A. Cattoni, A. Scaccabarozzi, G. Patriarche, P. Regreny, N. Chauvin, C. Botella, G. Grenet, J. Penuelas, A. Fave, M. Tchernycheva, M. Gendry
    Nanotechnology, 30, 084005 (2019)
  2. Nanoscale investigation of radial p-n junction in self-catalyzed GaAs nanowires grown on Si(111)
    V. Piazza, M. Vettori, A. Ali, P. Lavenus, F. Bayle, N. Chauvin, F.H. Julien, P. Regreny, G. Patriarche, A. Fave, M. Gendry, M. Tchernycheva
    Nanoscale, 10, 20207-20217 (2018)

Collaborations:

  • C2N, A. Cattoni, G. Patriarche et M. Tchernycheva,
  • IMEP-LAHC, équipe de A. Kaminski-Cachopo
  • Travail réalisé dans le cadre du projet ANR HETONAN et de la thèse de Marco Vettori.
INL CNRS
(a) Nanofils de GaAs et (b) Nanofils coeur/coquille p-GaAs/p.i.n-Al0.2Ga0.8As crus sur un substrat patterné de Si(111).