Synthesis and characterization of silicon clathrates films for photovoltaic applications
Synthèse et caractérisation de films de clathrates de silicium pour des applications photovoltaïques
Résumé
This study concerns the synthesis of Silicon Clathrates (SiCL) films and the investigation and optimization of their optoelectronic and structural properties. SiCLs are inclusion compounds formed by a host lattice of polyhedral silicon cages stabilized by the presence of guest sodium atoms. The backbone of these SiCLs can be isolated and are then true allotropes with low density and quasi-direct band of silicon which is a stepping stone toward more efficient and less expensive silicon photovoltaic technologies. To obtain efficient applications using SiCL, a better understanding of these materials and their synthesis in the form of films is crucial. Type-I (SiCL-I) and type-II (SiCL-II) SiCL films are obtained by thermal decomposition of a Zintl phase precursor. The synthesis parameters have been refined through characterizations (XRD, Raman, SEM..) allowing the selective synthesis of each of these phases in the form of homogeneous films. By analysis of the optoelectronic properties (Hall, Ellipsometry, PL...) it is shown that the SiCL-I, Na8Si46, films are metallic and with fixed sodium occupation while the SiCL-II, Na0
Cet ouvrage concerne la synthèse de films de Clathrates de Silicium (SiCL) puis l’investigation et l’optimisation de leurs propriétés optoélectroniques et structurales. Les SiCL sont des composés d’inclusion formés d’un réseau silicié de cages occupées par du sodium. Libres de sodium, ces SiCL sont des allotropes exotiques à bande directe du silicium favorables à des technologies solaires performantes. Une large compréhension des SiCL sous forme de film est donc cruciale. Les films de SiCL de type-I (SiCL-I) et de type-II (SiCL- II) sont obtenus par décomposition thermique et caractérisés (DRX, Raman..). Par analyse des propriétés optoélectroniques (Hall, PL..) les films de SiCL-I sont métalliques tandis que les SiCL-II présentent différentes concentrations en sodium impactant les propriétés optoélectroniques comme prédit par DFT. Le contrôle réversible du niveau de sodium du SiCL-II permet la transition du film de métal à semiconducteur. Les propriétés structurales des films sont améliorées par recuit sous presse. Enfin, l’implantation en surface des couches par de l’arsenic est démontré et les effets sur les propriétés des films de SiCL-II sont étudiés.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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https://theses.hal.science/tel-03997833
Soumis le : lundi 20 février 2023-18:19:13
Dernière modification le : mercredi 17 avril 2024-03:48:53
Archivage à long terme le : dimanche 21 mai 2023-19:38:19
Dates et versions
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- HAL Id : tel-03997833 , version 1
Citer
Romain Vollondat. Synthesis and characterization of silicon clathrates films for photovoltaic applications. Condensed Matter [cond-mat]. Université de Strasbourg, 2022. English. ⟨NNT : 2022STRAD021⟩. ⟨tel-03997833⟩
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