Tampon graduel et jonction tunnel de type II relaxés sur GaAs pour sous cellules solaires métamorphiques à 1 eV
Résumé
La technologie des cellules solaires tandem (MJSCs) GaAs (1.42 eV)/GaInP (1.87 eV) sur substrat GaAs est très mature, et l'ajout de souscellules solaires de plus petit gap à cette structure bien maîtrisée a permis d'obtenir de très hauts rendements audelà de 40 %. Les alliages GaInAsN accordés sur GaAs (rendement de 43.5% [1]), GaInAs métamorphique (rendement de 44.4 % [2]) ainsi que le collage par "waferbonding" de souscellules fabriquées sur InP (rendement de 46% [2]) ont jusqu'ici été exploités. Dans l'optique de dépasser cette valeur record dans des cellules solaires métamorphiques, la maîtrise d'un matériau à 1 eV ayant de bonnes propriétés structurales et optoélectroniques est indispensable, et constitue un défi majeur pour la filière des MJSCs sur substrat GaAs. Nous visons à exploiter un alliage GaAsBi, avec une concentration de bismuth de 7%. En effet, cet alliage présente un désaccord de maille avec le GaAs plus faible (0.6%) que l'alliage Ga 0.69 In 0.31 As (2.2%) pour atteindre 1eV. De ce fait, la couche graduelle métamorphique AlGaInAs élaborée avant l'absorbeur 1eV qui ne contiendra que 15% d'indium au lieu de 35%, pourra être plus fine et sera de meilleure qualité structurale. Pour encore améliorer les performances de ces souscellules, il est aussi nécessaire de disposer de jonctions tunnel (JT) de hautes performances permettant la connexion électrique entre les souscellules [3]. Nous proposons ici une géométrie originale de JT et présentons les résultats obtenus. Nous démontrons la fabrication par Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM) d'une JT AlGaInAs/AlGaAsSb hautes performances intégrée au tampon graduel relaxé réalisant l'accord de maille du GaAsBi (xBi =7%), comme présenté sur la Figure 1. Cette solution a été développée à partir d'un travail expérimental et théorique autour des hétérojonctions tunnel de type II GaAsSb/GaInAs, qui sera donc aussi détaillé. Comme preuves de concept, la croissance de cellules solaires métamorphiques GaInAs (x In =11%) (1.25 eV) et GaAsSbN (1 eV) a été réalisée et les composants sont en cours de fabrication. Les premiers résultats obtenus sur ces composants seront discutés. Références: [1] Sabnis, V., Yuen, H., Wiemer, M. (2012,). Highefficiency multijunction solar cells employing dilute nitrides.
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