CONCEPTION ET FABRICATION DE CELLULES SOLAIRES À BASE DE NITRURE ET INTÉGRATION POUR CELLULE TANDEM

The integration of hybrid opto-electronics consists of assembling several devices, fabricated separately using different and potentially non-compatible processes, onto one common platform to achieve a functional heterogeneous system. This concept can be applied for cost-effective and high performance III-Nitride (III-N) based solar cell applications. InGaN alloys exhibit many favorable photovoltaic properties such as broadband absorption with a tunable bandgap (0.7 eV - 3.4 eV), superior radiation resistance, large absorption coefficients and high saturation velocities. Theoretically, efficiency greater than 40% can be achieved by a multi-junction solar cell composed of four InGaN sub-cells with different In content. However, so far the large lattice mismatch between InN and GaN makes it experimentally difficult to grow good-quality, high In-composition InGaN films and currently impedes the realization of an all InGaN multi-junction solar cell. Thus, a practical use of III-N solar cells could be their combination with mature Si and GaAs based solar cell technologies. In this thesis, we have made significant progress toward developing these hybrid devices by developing a transfer method for InGaN solar cells. We demonstrate wafer-scale Van der Waal epitaxy and fabrication of InGaN-based solar cells on 2D h-BN, the mechanical release of the devices, thanks to the Van der Waal bonded layered h-BN, and their transfer on glass on dielectric mirror as back-side reflector with device results and enhanced performance. The dielectric mirror transmits wavelength above 500 nm allowing the operation of InGaN/Si tandem solar cell for example.L'intégration de l'optoélectronique hybride consiste à assembler plusieurs appareils, fabriqués séparément en utilisant des processus différents et potentiellement non compatibles, sur un plate-forme commune pour réaliser un système hétérogène fonctionnel. Ce concept peut êtreappliqué pour une cellule solaire à base de nitrure III (III-N) rentable et haute performance applications. Les alliages InGaN présentent de nombreuses propriétés photovoltaïques favorables telles que absorption à large bande avec une bande interdite réglable (0,7 eV - 3,4 eV), rayonnement supérieur résistance, grands coefficients d'absorption et vitesses de saturation élevées. Théoriquement, une efficacité supérieure à 40% peut être obtenue par une cellule solaire multi-jonction composée de quatre sous-cellules InGaN avec un contenu In différent. Cependant, jusqu'à présent, le grand décalage de réseau entre InN et GaN, il est difficile expérimentalement de cultiver de bonne qualité, élevé Films InGaN en composition et entrave actuellement la réalisation d'un tout InGaN cellule solaire multi-jonction. Ainsi, une utilisation pratique des cellules solaires III-N pourrait être leur combinaison avec des technologies de cellules solaires matures basées sur Si et GaAs. Dans cette thèse, nous ont considérablement progressé dans le développement de ces dispositifs hybrides en développant un méthode de transfert pour les cellules solaires InGaN. Nous démontrons l'épitaxie de Van der Waal à l'échelle de la tranche et fabrication de cellules solaires à base d'InGaN sur 2D h-BN, la libération mécanique du grâce au Van-Waal stratifié collé h-BN et leur transfert sur verre sur miroir diélectrique en tant que réflecteur arrière avec résultats de l'appareil et performances améliorées.Le miroir diélectrique transmet une longueur d'onde supérieure à 500 nm permettant le fonctionnement de Cellule solaire tandem InGaN / Si par exemple