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Applications

Cartographie du quasi-niveau de Fermi du GaAs

Module de calibration photométrique absolue testé avec un échantillon d’arséniure de gallium

L’arséniure de gallium (GaAs) est l’un des composés semi-conducteurs III-V les plus couramment utilisés pour les applications photovoltaïques. Cela peut être attribué à sa grande mobilité d’électrons, sa bande interdite directe et au bon contrôle de ses mécanismes de croissance. Les dispositifs de GaAs a jonction unique atteignent aujourd’hui un rendement approchant 30%. Le GaAs a déjà été largement étudié, et est devenu rapidement un système de référence pour les cellules solaires à couches minces.

Pour étudier la performance de l’imageur hyperspectral à base de réseaux de Bragg de Photon etc., les chercheurs de l’IPVF (anciennement IRDEP - Institut de Recherche et de Développement sur l’Énergie Photovoltaïque) ont caractérisé des cellules de GaAs en utilisant IMA. Ils ont obtenu avec succès des images résolues spectralement et spatialement de photoluminescence (PL) d’une cellule solaire standard de GaAs du Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE).

Un laser 532 nm a été utilisé pour éclairer de façon homogène l’ensemble du champ de vue sous un objectif de microscope, ce qui permet de récolter le signal provenant d’un million de points simultanément. Cette modalité d’illumination est une solution efficace contre le problème de diffusion latérale des charges et permet d’éviter des artefacts liés à la rugosité de l’échantillon, deux problématiques rencontrées dans l’imagerie point par point. La dimension des images collectées peut atteindre jusqu’à quelques millimètres carrés, en fonction du grossissement de l’objectif.

Quasi-niveau de Fermi de GaAs divisé par la carte de charge (Δμeff / q). Cette carte a été calculée à partir de la loi de Planck en utilisant des mesures PL absolues. Adaptée de [1].
Fig. 1 - Quasi-niveau de Fermi de GaAs divisé par la carte de charge (Δμeff / q). Cette carte a été calculée à partir de la loi de Planck en utilisant des mesures PL absolues. Adaptée de [1].

Avec l’aide d’une méthode de calibration absolue spectrale et photométrique développée par l’IPVF, il est possible de déterminer le nombre absolu de photons émis en chaque point de la surface d’un échantillon, et ce, pour chaque longueur d’onde. Cette caractéristique unique permet aux chercheurs d’obtenir une carte de la séparation du quasi-niveau de Fermi (Δμeff) de la cellule solaire, directement à partir des images de PL. La séparation du quasi-niveau de Fermi est d’un grand intérêt, car elle est directement liée à la tension maximale pouvant être atteinte dans une cellule et aux courants de saturation. La figure 1 présente la carte obtenue de Δμeff/q [1,2]. La séparation du quasi-niveau de Fermi mesurée est Δμeff = 1,1676 ± 0,010 eV, avec une petite baisse près du contact électrique (ligne bleue verticale au milieu de la figure 1) et des limites extérieures de la cellule. Les résultats étant en accord avec les multiples études trouvées dans la littérature sur le GaAs, les chercheurs sont confiants quant à l’exactitude de leur méthode de calibration absolue et aux techniques hyperspectrales employées.

Sur la base de ces résultats positifs, plusieurs autres matériaux ont été étudiés avec cette plate-forme hyperspectrale. Les notes d’application sur la caractérisation du CIS, CIGS, de la pérovskite et du Si peuvent être trouvées dans la section Photovoltaïque du site de Photon etc.

Pour plus d’information, contactez info@photonetc.com

[1] Delamarre, A., Lombez, L., & Guillemoles, J.-F. (2012). Contactless mapping of saturation currents of solar cells by photoluminescence. Applied Physics Letters, 100(13), 131108.

[2] Delamarre, A. (2012). Characterization of solar cells using electroluminescence and photoluminescence hyperspectral images. Journal of Photonics for Energy, 2(1), 027004.

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