Mesure de la densité d’états de couches minces de matériaux semi-conducteurs par des méthodes de photocourant

Investigations on thin film materials dedicated to the solar industry are still a matter of interest with the growing numbers of material types incorporated as absorbers in a solar cell device. The need of characterization techniques is therefore acute for the optimization of materials and their incorporation in solar devices. In this thesis, a photocurrent method based on Fourier Transform Photocurrent Spectroscopy (FTPS) is used to perform the measurements of thin film materials and solar cells. Our FTPS was further developed to perform 3 types of measurements: 1.) reflection and transmission (R/T) measurement, 2.) absorption coefficient spectroscopy and 3.) spectral response, external quantum efficiency, and short circuit photocurrent density measurements. This latter is specifically used for solar cells. We used the R/T results to perform numerical simulations giving the thickness, refractive index, film roughness, and optical absorption coefficient. A modeling of the density of states (DOS) using the software DeOSt automated with the Teacher Learner Based Optimization (TLBO) algorithm was achieved to find the best suited DOS parameter values to reproduce the experimental spectrum of alpha. A sensitivity analysis was performed to find the most important DOS parameters among 15-17 parameters. For the experimental studies, we have measured several a-Si:H thin film samples prepared under different deposition conditions, and used their absorption coefficient; spectra to study their DOS. A comparison of absorption coefficient; measurements on a-Si:H thin films deposited on a glass substrate and incorporated in a solar cell device stack was also conducted. This study concluded that a correction of the absorption coefficient spectrum measured on solar cells had to be done.Les recherches sur les matériaux en couches minces dédiées à l'industrie solaire restent un sujet d'intérêt avec le nombre croissant de types de matériaux incorporés en tant qu'absorbeur dans un dispositif solaire. Le besoin de techniques de caractérisation est donc aigu pour l'optimisation des matériaux et leur incorporation dans des cellules photovoltaïques. Dans cette thèse, une méthode de photo-courant basée sur la spectroscopie de photo-courant à transformée de Fourier (FTPS) est utilisée pour effectuer des mesures sur des matériaux en couches minces et des cellules solaires. Notre FTPS a été développée pour réaliser 3 types de mesures: 1.) mesure de réflexion et de transmission (R/T), 2.) spectroscopie du coefficient d'absorption, et 3.) mesure de réponse spectrale, efficacité quantique externe et densité de photo-courant court-circuit. Cette dernière est spécifiquement utilisée pour les cellules solaires. Nous avons utilisé les résultats de R/T pour effectuer une simulation numérique donnant l'épaisseur, l'indice de réfraction, la rugosité du film et le coefficient d'absorption optique. Une modélisation de la densité d'états (DOS) en utilisant le logiciel DeOSt automatisé avec l'algorithme TLBO (Teacher Learner Based Optimization) a été développée pour trouver les valeurs des paramètres de DOS les mieux adaptées afin de reproduire le ∝ expérimental. Une analyse de sensibilité a été faite pour trouver les paramètres DOS les plus importants parmi 15-17 paramètres. Nous avons mesuré plusieurs échantillons de a-Si: H déposés sous différentes conditions de dépôt, et utilisé nos résultats pour étudier leur DOS. Une comparaison des mesures de α sur a-Si: H déposé sur un substrat de verre et incorporé dans une cellule solaire a également été réalisée. Cette étude a conclu qu'une correction du spectre de coefficient d'absorption doit être effectuée pour les mesures sur les cellules solaires