Silicon nanowires for hybrid solar cells - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Silicon nanowires for hybrid solar cells

Nanofils de silicium pour les cellules solaires hybrides

Résumé

Today human beings are suffering energy crisis. One possible solution is to get solar power directly from the sun by creating highly efficient solar cells at a low cost. Through this study, we demonstrated the feasibility of the hybrid solar cells, combining silicon nanowires and PEDOT polymer. The main advantage of such a structure is the simplicity to both the structure of silicon and the deposition of PEDOT, using efficient and low-cost methods of metal-assisted chemical etching (EMACE) and electrochemical deposition. The silicon nanowires (SiNWs) array becomes an active research subject nowadays in photovoltaic application mainly due to its good light trapping effect. The etched SiNWs obtained can reach a reflection lower than 3% in the whole visible range. The areal density of SiNWs in array can be tuned by KOH tapering process. Besides core-shell junction in Si nanowire is effective in photogenerated carriers' collection. It is first time, to our knowledge, that the polymer PEDOT is electrochemically polymerized with etched SiNWs as electrode, and a real core-shell junction wrapping individual silicon nanowire can be realized. The core-shell morphology is dependent on the competition between EDOT diffusion to wire bottom space and PEDOT growth on wire tips. The fabricating parameters of illumination intensity, potential, and duration are investigated about their influence on the I(V) characterization of PEDOT/SiNWs cells. The most remarkable feature of our PEDOT/SiNWs hybrid cell is its ultralow leakage current density and ultrahigh leakage resistance, suggesting a good passivation effect to remove interfacial states which constitutes the pathway for charge transport at reverse bias.
Le contexte énergétique actuel est un enjeu sociétal. L'utilisation de l'énergie solaire au travers de cellules solaires photovoltaïques à bas-coût et à haut rendement, est une des voies envisagées pour répondre aux besoins énergétiques. Ce travail de thèse a permis de démontrer la faisabilité de cellules solaires hybrides, basées sur une jonction de type " cœur/coquille " entre des nanofils de silicium obtenus par gravure chimique et du PEDOT polymérisé par voie électrochimique. Les principaux avantages d'une telle structure sont à la fois la simplicité et le faible coût des méthodes utilisées pour la réalisation de la cellule. Les nanofils de silicium, grâce à leur capacité à piéger la lumière, conduisent à des propriétés d'anti-reflet très intéressantes avec notamment des valeurs de réflexion inférieures à 3% sur toute la gamme spectrale du visible. La réalisation de telles jonctions a fait l'objet d'une étude poussée sur les différentes caractéristiques de dépôt du polymère, tels que l'intensité lumineuse, le potentiel appliqué et la durée du procédé. L'influence de ces paramètres sur la mesure I(V) de la cellule solaire hybride complète a également été étudiée. On peut noter en particulier que l'on obtient ainsi une densité de courant de fuite très faible et une résistance de fuite très élevée, permettant d'émettre l'hypothèse d'une bonne passivation des états de surface. Ceci constitue une voie prometteuse pour obtenir un bon transport de charges en polarisation inverse.
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Dates et versions

tel-00945787 , version 1 (13-02-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00945787 , version 1

Citer

Mingxuan Zhu. Silicon nanowires for hybrid solar cells. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Aix-Marseille Université, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00945787⟩
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