Nanostructures de semiconducteurs II-VI, épitaxiées - INAC

Nanostructures de semiconducteurs II-VI, épitaxiées sur ZnO, pour la
conversion photovoltaïque
Contact : Regis ANDRE DSM/INAC/SP2M/NPSC [email protected] 0438783867
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Résumé :
Les matériaux semiconducteurs sous fome de nanofils constituent une brique élémentaire prometteuse pour la réalisation de dispositifs innovants
dans les domaines de l'optoélectronique et du photovoltaïque. Les nanofils présentent typiquement des diamètres de quelques dizaines de
nanomètres et une longueur de l'ordre du micromètre. Grâce à cette géométrie, ils présentent généralement une grande qualité cristalline et sont le
siège de propriétés physiques remarquables en lien avec un grand rapport surface sur volume: citons par exemple le confinement électronique, la
relaxation de contraintes mécaniques ou encore de piégeage optique. Ainsi, des cellules solaires à base de nanofils ont déjà atteint des rendements
de conversion d'environ 10 %.
Le but du stage consistera à optimiser la formation, par épitaxie par jet moléculaire, de coquilles à base de semiconducteurs dits « II-VI » (tels que
CdTe, CdSe...) à la surface de nanofils d'oxyde de zinc (ZnO). Ces coquilles, d'épaisseur nanométrique, ont pour vocation de constituer l'élément
absorbeur dans un système photovoltaïque.
Ce stage ce déroulera dans le cadre d'une collaboration en l'INAC, le LMGP et l'Institut Néel.
Sujet détaillé :
Les matériaux semiconducteurs sous fome de nanofils constituent une brique élémentaire prometteuse pour la réalisation de dispositifs innovants
dans les domaines de l'optoélectronique et du photovoltaïque. Les nanofils présentent typiquement des diamètres de quelques dizaines de
nanomètres et une longueur de l'ordre du micromètre. Grâce à cette géométrie, ils présentent généralement une grande qualité cristalline et sont le
siège de propriétés physiques remarquables en lien avec un grand rapport surface sur volume: citons par exemple le confinement électronique, la
relaxation de contraintes mécaniques ou encore de piégeage optique. Ainsi, des cellules solaires à base de nanofils ont déjà atteint des rendements
de conversion d'environ 10 %.
Le but du stage consistera à optimiser la formation, par épitaxie par jet moléculaire, de coquilles à base de semiconducteurs dits « II-VI » (tels que
CdTe, CdSe...) à la surface de nanofils d'oxyde de zinc (ZnO). Ces coquilles, d'épaisseur nanmétrique, ont pour vocation de constituer l'élément
absorbeur dans un système photovoltaïque alors que le c½ur ZnO peut être considéré comme une électrode collectrice.
La figure ci-jointe montre le savoir faire acquis au LMGP concernant les nanofils de ZnO élaborés par bain chimique. Concernant l'épitaxie d'une
coquille radiale, un travail important d'optimisation des conditions de croissance fera partie du stage. Ce travail sera effectué, à l'INAC, sur un bâti
d'épitaxie par jets moléculaires, dans le but de maîtriser le mieux possible la qualité structurale et optique de ces hétérostructures semiconductrices.
Des techniques de caractérisations structurales telles que la microscopie électronique à balayage et en transmission ou la diffraction d'électrons et de
rayons X seront utilisées afin d'étudier la morphologie des structures réalisées. Un accent sera mis sur l'étude des propriétés de l'interface entre les
nanofils de ZnO et leur coquille. Enfin, la fabrication de cellules solaires à base de ces nanofils « coeur-coquille » pourra être envisagée pour procéder
à des caractérisations électriques classiques en termes de performances photovoltaïques.
Ce stage ce déroulera dans le cadre d'une collaboration entre l'INAC, le LMGP et l'Institut Néel et sera co-encadré par Régis ANDRE et Vincent

CONSONNI.
Compétences requises :
Physique de la matière condensée, et/ou des matériaux