Modélisation semi-classique du courant tunnel inter-bandes dans les jonctions tunnel GaAs

Modélisation semi­classique du courant tunnel inter­bandes dans les jonctions tunnel GaAs

Kevin Louarn (1) , Yann Claveau (2) , Chantal Fontaine (1) , Alexandre Arnoult (3) , François Piquemal (4) , Alexandre Bounouh (5) , Nicolas Cavassilas (2) , Guilhem Almuneau (1)

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

Les jonctions tunnel sont un élément de base dans les cellules solaires multijonction (MJSC), en assurant une interconnexion électrique entre chaque sous­cellule absorbante. La minimisation des pertes électriques et optiques au travers de ces jonctions fortement dopées est ainsi une condition essentielle pour l'obtention de très hauts rendements. De plus ces cellules MJSCs fonctionnant généralement sous concentration, ces jonctions tunnel doivent être capables de conduire avec une très faible résistance de très forts courants [1]. Nous avons mené une étude théorique et expérimentale sur différentes structures de jonctions tunnel GaAs qui a permis d'identifier les mécanismes d'effet tunnel prédominants et de proposer un modèle semi­classique d'effet tunnel interbande simple et prédictif. Pour cela, nous nous sommes basés sur les résultats expérimentaux de sept échantillons de JTs GaAs de dopage N croissant, dont les performances indiquent que l'effet tunnel interbande est prédominant par rapport à l'effet tunnel assisté par les défauts. Ce résultat a été confirmé par des simulations semi­ classiques [2] et quantiques [3]. La précision des modèles semi­classiques a alors été augmentée par la considération de la non­parabolicité des bandes dans le cas de fort dopages, et la prise en compte de la non­ uniformité du champ électrique dans la structure [3] Ce modèle permet donc d'évaluer quantitativement le courant tunnel et notamment le courant pic des jonctions tunnel dans le système GaAs. En effet nous avons montré que les résultats obtenus par le modèle semi­classique étaient en accord très proche, d'une part avec les mesures expérimentales, et d'autre part avec des simulations effectuées à l'aide d'un modèle quantique développé à l'IM2NP. Ce modèle analytique, de par sa simplicité et sa précision, pourrait donc être étendu à des structures de bande plus complexes, et potentiellement pourrait être facilement intégré dans des outils plus généraux de modélisation de dérive­diffusion.

Domaines: Optique / photonique

Kevin Louarn, Yann Claveau, Chantal Fontaine, Alexandre Arnoult, François Piquemal, et al.. Modélisation semi­classique du courant tunnel inter­bandes dans les jonctions tunnel GaAs. Journées Nationales du Photovoltaïque (JNPV 2017), Dec 2017, Dourdan, France. 1p., 2017. ⟨hal-01780605⟩