Elaboration et caractérisation de films d'oxynitrure de silicium dopés cérium et ytterbium : applications aux diodes électroluminescentes et au découpage quantique pour les cellules solaires

Résumé : Cette thèse porte sur les applications optiques de films d’oxynitrures de silicium dopés cérium et co-dopés cérium-ytterbium élaborés par pulvérisation cathodique magnétron radiofréquence. Les paramètres de dépôt ont été optimisés afin d’obtenir une intense émission visible à l’œil nu des ions Ce3+ dans la matrice hôte SiOxNy. Il est démontré que le flux d’azote est un paramètre crucial pour obtenir cette émission. Nous avons montré aussi que les ions Ce3+ peuvent être incorporés en grande quantité dans cette matrice, sans clusterisations jusqu’à de très hautes températures de recuits (1200°C). Ces excellentes propriétés optiques ont mené à une première application : la tentative d’élaboration de DEL bleue. Les premiers résultats obtenus montrent une électroluminescence peu intense, mais restent encourageants pour une étude plus approfondie. La deuxième application étudiée est le développement de couches à conversion de fréquence basse pour augmenter le rendement des cellules solaires à base de silicium. En effet les cellules solaires sont limitées par le recouvrement du spectre solaire et la plage d’absorption de la cellule. L’élaboration de films SiOxNy co-dopés Ce/Yb pour convertir un photon ultra-violet (300-400 nm) en deux photons infra-rouges (980 nm) permet de passer outre la limite théorique des cellules solaires. Les systèmes élaborés montrent une émission des ions Yb3+ en présence d’ions Ce3+ dans la matrice hôte SiOxNy. Les ions Ce3+ permettent d’excités les ions Yb3+ sur une large gamme spectrale et le mécanisme de transfert d’énergie entre ces deux terres rares est détaillé. Un rendement de conversion de 185% est obtenu pour la plus forte concentration en ions Yb3+. Pour améliorer ce système, l'ajout de miroirs de Bragg entre la couche à conversion et le substrat de silicium, représentant la cellule solaire, a été étudié théoriquement. Leur but est double : maximiser le flux de photons ultraviolets piégé dans la couche à conversion de fréquence et transmettre un maximum de photons infrarouges, qui sont facilement absorbables, vers la cellule solaire.
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Thèse
Physique [physics]. Normandie Université, 2017. Français. 〈NNT : 2017NORMC260〉
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Soumis le : lundi 12 mars 2018 - 12:06:07
Dernière modification le : vendredi 6 juillet 2018 - 12:34:02
Document(s) archivé(s) le : mercredi 13 juin 2018 - 13:25:35

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Florian Ehré. Elaboration et caractérisation de films d'oxynitrure de silicium dopés cérium et ytterbium : applications aux diodes électroluminescentes et au découpage quantique pour les cellules solaires. Physique [physics]. Normandie Université, 2017. Français. 〈NNT : 2017NORMC260〉. 〈tel-01729037〉

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