Le silicium s'allonge
Les structures sous vide en Si étiré offrent une opportunité unique d'exploiter leurs propriétés étranges dans les applications photovoltaïques (PV). Par rayonnement avec des ions lumineux, le Si étiré, obtenu en plaçant des couches de silicium-germanium (SiGe) et de silicium (Si) sur un substrat de silicium, entraîne une formation de nano-points et nano-vides. Leurs propriétés optiques et électroniques uniques n'ont pas été étudiées de manière expérimentale dans des configurations de pile solaire. Le projet NOVOSIP («Nano-voids in strained silicon for plasmonics»), financé par l'UE, a offert une configuration d'appareil PV unique pour étudier les structures sous vide de Si/SiGe étirés. Les scientifiques ont cherché à placer des nano-points et des nano-vides dans une couche émettrice hautement dopée proche de la jonction p-n pour étendre les effets à champ proche de la zone de décroissement. Ces effets donnent lieu à une multiplication du transporteur et augmentent la diffusion de la lumière en raison des effets à champ lointain, les deux étant prometteurs pour améliorer l'absorption de la lumière du soleil. Les chercheurs ont utilisé différentes méthodes pour étudier les propriétés structurelles, optiques et électroniques des couches étirées formées périodiquement. Le plan était d'utiliser les résultats pour préparer des structures plasmoniques pour les appareils PV de Si, les capteurs de gaz à l'état solide et les appareils optoélectroniques. Via un rayonnement d'ions à haute température de la structure Si/SiSn/Si, les scientifiques ont obtenu des nano-vides sphériques auto-assemblés et des précipités d'étain étiré (Sn). Ces structures présentent de belles promesses pour les applications optoélectroniques telles que les appareils PV ou électroluminescents. Avec l'implantation d'ions de carbone et un traitement thermique, les scientifiques ont observé la formation de nanoflocons de carbone dans la structure Si/SiGe/Si multicouches étirée. La structure cristalline du flocon permet aux cristaux d'absorber toute la lumière, permettant éventuellement un taux de conversion d'énergie très élevé. L'équipe a développé et proposé un nouveau concept pour l'auto-assemblage des nano-coquilles métalliques et des nanoparticules dans les hétérostructures de Si/SiGe étirés. Les nanocoquilles métalliques peuvent être étudiées dans les structures de piles solaires pour démontrer les effets plasmoniques. Enfin, NOVOSIP a démontré les effets de la détection de gaz liés aux structures plasmoniques dans une couche nano-composite à base de dioxyde de Sn (SnO2) avec des vides. Les efficacités élevées et les faibles coûts sont les principaux défis de conception de la fabrication des piles solaires. Avec l'étude expérimentale des structures plasmoniques dans des multicouches de silicium étiré, NOVOSIP a ouvert la voie pour améliorer la collection de lumière dans les piles solaires.
Mots‑clés
Silicium, piles solaires, nano-vides, silicium étiré, plasmonique
