Tampon graduel et jonction tunnel de type II relaxés sur GaAs pour sous­ cellules solaires métamorphiques à 1 eV

Kevin Louarn (1) , Chantal Fontaine (1) , Alexandre Arnoult (2) , Yann Claveau (3) , Ludovic Marigo-Lombart (1) , Inès Massiot (1) , Jonathan Colin (1) , Clara Cornille (1) , E Leite (4) , Laurent Lombez (4) , Nicolas Cavassilas (3) , François Piquemal (5) , Alexandre Bounouh (6) , Guilhem Almuneau (1)

1 LAAS-PHOTO - Équipe Photonique
2 LAAS-TEAM - Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique
3 IM2NP - Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence
4 IRDEP - Institut de Recherche et Développement sur l'Energie Photovoltaïque
5 LNE - Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes]
6 CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

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.

Domaines: Optique / photonique

Kevin Louarn, Chantal Fontaine, Alexandre Arnoult, Yann Claveau, Ludovic Marigo-Lombart, et al.. Tampon graduel et jonction tunnel de type II relaxés sur GaAs pour sous­ cellules solaires métamorphiques à 1 eV. Journées Nationales du Photovoltaïque (JNPV), Dec 2017, Dourdan, France. pp.668 - 676. ⟨hal-01780593⟩