MEMOIRE DE DEA PRESENTE PAR MOUSTAPHA THIAME UNIVERSITÉ CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE MEMOIRE DE DEA PRESENTE PAR MOUSTAPHA THIAME SUJET: « ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES VITESSES DE RECOMBINAISON DANS LA BASE D ’UNE PHOTOPILE AU SILICIUM POUR DIFFERENTS MODES D ’ECLAIREMENT ET DE REGIME DE FONCTIONNEMENT»  1

PLAN LES DEFAUTS ETUDE A UNE DIMENSION (statique, dynamique) ETUDE A TROIS DIMENSIONS EN REGIME STATIQUE CONCLUSION ET PERSPECTIVES 2

PRESENTATION DE LA PHOTOPILE Figure 1: schéma de la photopile 3

Les défauts *Les impuretés * Les défauts cristallographiques -Les dislocations Figure 2: Dislocation coin Figure 3: Dislocation hélis ou vis 4

-Les joints de grain -Les Sous-joints -Les surfaces 5 Figure 4: Joint de grain de torsion Figure 5: Joint de grain de flexion -Les Sous-joints -Les surfaces 5

Régime statique Taux de génération m   (1) (2) Mode d’éclairement m   par la face avant 1 par la face arrière 2 (2) 2-Équation de continuité (3) 6

3-Conditions aux limites  En x=0 (4)  En x=H (5) (6) (7) 7

Vitesses de recombinaison à la face arrière Éclairement monochromatique (8) (9) (10) 8

Éclairement Polychromatique (11) (12) (13) 9

Effet de la longueur d ’onde sur Sb1 et Sb2 Figure 7: Vitesse de recombinaison en face arrière en fonction de la longueur d’onde  pour un éclairement par la face arrière de la photopile (D = 35cm2.s-1; H = 150 µm ; L = 89 µm). Figure 6: Vitesse Sb1 en fonction de la longueur d’onde  pour différentes longueurs de diffusion L lorsque la photopile est éclairée par sa face avant (D = 35 cm2.s-1 ; H = 150µm ).  10

Équation de continuité Vitesse de recombinaison en fonction du champ électrique (régime statique) Figure 8: Schéma illustratif de la polarisation du semiconducteur de type P Équation de continuité (14) (15) (16) (17) 11

Vitesses de recombinaison à la face arrière(avec polarisation) (18)   (19) (20) 12

Allures des vitesses de recombinaison Sb en fonction du champ électrique E Figure 10:Vitesse de recombinaison en face arrière en fonction du champ électrique : (éclairement par la face arrière) : (L=0.02 cm; H=0.03 cm; D=26cm2/s ; μ=103 cm2/Vs-1.) Figure 9: Vitesse de recombinaison en face arrière en fonction du champ électrique : (éclairement par la face avant ) ; (L=0.02 cm; H=0.03 cm; D=26cm2/s ; μ=103 cm2/Vs-1) . 13

Vitesses de recombinaison à la jonction Éclairement monochromatique (21) (22) 14

Éclairement Polychromatique (23) (24) (25) 15

Effet de la longueur d ’onde sur Sf1etSf2 Figure 11:Vitesse Sf1 en fonction de la longueur d’onde  pour un éclairement par la face avant de la photopile (D = 35 cm2.s-1; H = 150 µm ; L = 89 µm).  Figure 12: Vitesse Sf2 en fonction de la longueur d’onde  pour différentes longueurs de diffusion L l’orsque la photopile est éclairée par sa face arrière (D = 35cm2.s-1; H = 150 µm) 16

Vitesses de recombinaison en fonction du champ magnétique Figure 13: structure d’une photopile bifaciale au silicium de type n+-p-p+ soumis à un champ magnétique B. Coefficient de diffusion (26) 17

Effet du champ magnétique sur les vitesses de recombinaison(régime statique) Figure 14 Vitesses de recombinaison Sf1et Sb2 en fonction de l’intensité du champ magnétique( H=300µm, =10-5s) Sf1,Sb2 18

Figure 16: vitesses de recombinaison Sb1 et Sb3 en fonction de l’intensité du champ magnétique ( H=300µm,  =10-5 s ) Figure 15:Vitesses de recombinaison Sf2 et Sf3 en fonction de l’intensité du champ magnétique ( H = 300µm,  =10-5 s ) Sf3,Sf2 Sb3,Sb1 19

Vitesses de recombinaison (méthode de la réponse spectrale) (27) (28) (29) (31) (30) (33) (32) 20

Régime dynamique transitoire (par variation du point de fonctionnement) Équation de continuité (34) Partie spatiale (35) Équation transcendante (36) Vitesses de recombinaison à la face avant Sf (37) 21

Effet du champ magnétique sur Sf (régime dynamique transitoire) Tableau 2 : Quelques valeurs propres 3,n pour B = 0,1 T  n 0 1 2 3 4 3 ,n (s-1/2 ) 8 16 24 32 40 c , 3, n (µs ) 4,449 4,495 4,488 4,479 4,468 Tableau 1 : Valeurs propres ω3,n de l’équation transcendante pour B =0T. n 0 1 2 3 4 3 ,n(s-1/2) 670 1357 2065 2794 3558 c , 3, n (µs ) 1,490 0,484 0,223 0,125 0,077 22

Régime dynamique fréquentiel 1-Taux de génération (38) (39) 2-Équation de continuité (40) (41) (42) (43) 23

Allures des vitesses de recombinaison en fonction de la fréquence pour différentes longueurs d’onde Pour Sb1 et Sf02 Figure 18 Vitesse de recombinaison intrinsèque à la jonction(Sf02) en fonction de la fréquence pour différentes longueurs d’onde :1) λ=0.45μm ; 2) λ=0.9μm ; 3)λ=1.04μm (D=26cm2.s-1  ;H=0.03cm ; L=0.02cm) Figure 17 Vitesse de recombinaison à la base en fonction de la fréquence pour différentes longueurs d’onde : 1) λ=0.45μm ;2) λ=0.55μm ;3) λ=0.65μm ; 4) λ=0.90μm 5) λ=1.04μm; (D=26cm2.s-1;H=0.03cm ;L=0.02cm) 24

Pour Sf01et Sb2 Figure 20: Vitesse de recombinaison( Sb2) en fonction de la fréquence  pour différentes longueurs d’onde :1) λ=0.45μm ;2) λ=0.76μm 3) λ=0.9μm;4) λ=1.04μm (D=26cm2.s-1.; H=0.03cm; L=0.02cm) Figure 19: Vitesse de recombinaison à la jonction(Sf01) en fonction de la fréquence pour différentes longueurs d’onde: 1) λ=0.45μm; 2) λ=0.71μm; 3) λ=0.85μm (D=26cm2.s-1 ; H=0.03cm ;L=0.02cm) 25

Pour Sf03 et Sb3 Figure 21 Vitesse de recombinaison intrinsèque à la jonction (Sf03) en fonction de la frequence pour différentes longueurs d’onde : 1) λ=0.45μm; 2) λ=0.71μm;3) λ=1.04μm (D=26cm2/s; H=0.03cm; L=0.02cm) Figure 22 Vitesse de recombinaison à la face arrière de la base (Sb3) en fonction de la fréquence pour différentes longueurs d’onde : 1) λ=0.45μm; 2) λ=0.71μm; 3) λ=1.04μm Lorsque la photopile est éclairée simultanément par les deux faces les vitesses Sf03 et Sb3 sont indépendantes de la longueur d’onde de la source excitatrice  : § les vitesses Sf03 et Sb3 sont constantes aux faibles fréquences () :le photocourant produit par la photopile est donc constant ; § au delà de cette fréquence ces vitesses augmentent toutes de façon exponentielle pareillement pour toutes les longueurs d’onde :ceci montre que les pertes des électrons par recombinaisons augmentent et que ces pertes sont les mêmes pour toutes les longueurs d’onde . Le photocourant diminue. § aussi ce sont les faibles longueurs d’onde qui permettront d’avoir les plus grandes intensités de courant, car elles créent près de la jonction , les plus fortes densités d’ électrons. 26

Conditions aux limites ETUDE A TROIS DIMENSIONS EN REGIME STATIQUE Équation de continuité (44)  Solution (45) Conditions aux limites Aux joints de grain (46) (47) 27

Vitesse de recombinaison en face arrière A la jonction et à la face arrière (48) (49) Vitesse de recombinaison en face arrière Sous éclairement monochromatique (50) (51) 28

Sous éclairement polychromatique (52) (53) Sous éclairement polychromatique (54) 29

Vitesse de recombinaison à la jonction Sous éclairement monochromatique (55) Sous éclairement polychromatique (56) 30

Effet des joints de grain et de la longueur d'onde sur Sb et Sf Sous éclairement monochromatique Figure 23: Profil de la vitesse de recombinaison à la face arrière Sb en fonction de la longueur d’onde  pour différentes vitesse de recombinaison aux joints de grain; g=0.05 cm Figure 24 : Profil de la vitesse de recombinaison à la face arrière Sb en fonction de la longueur d’onde  pour différentes tailles de grain ; Sgb=103cm.s-1 (31)

Sous éclairement polychromatique Figure 25: Vitesse de recombinaison à la face arrière en fonction de la vitesse de recombinaison au joints de grain pour différentes tailles de grain, Figure 26: Allure de Sf en fonction de la vitesse de recombinaison Sgb pour différentes tailles de grain sous éclairement polychromatique (32)

 Effet de la longueur d’onde  Effet de la fréquence CONCLUSION ET PERSPECTIVES  Effet de la longueur d’onde  Effet de la fréquence  Effet de B et E  Effet des joints de grains  Étude de la photopile à trois dimensions : effet du champ électrique sur les paramètres de recombinaison.  Étude de la photopile à trois dimensions : effet du champ magnétique sur les paramètres de recombinaison. 33

Merci de votre Attention