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Dilyara Timerkaeva

Ingénierie des éléments légers dans le silicium pour applications photovoltaïques

Publié le 10 avril 2015


Thèse soutenue le 10 avril 2015 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique des matériaux

Résumé :
Depuis des années, le silicium est le semiconducteur principalement utilisé dans l’industrie électronique et photovoltaïque. Intensivement étudié depuis plusieurs décennies, ses propriétés sont essentiellement connues, mais de nouvelles questions viennent se poser. En particulier, une meilleure connaissance des nombreux défauts et impuretés ainsi que leurs propriétés et leur impact sur les performances des dispositifs à base de Si est souhaitable.
Ce travail couvre un éventail de problèmes liés aux défauts ponctuels en interaction au moyen de calculs dits de premiers principes (Density Functional Theory).
Une première partie est dédiée à l’impact du dopage sur la diffusivité de l’oxygène interstitiel. Les coefficients de diffusion obtenus en fonction de la température sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux ce qui démontre la validité de la méthodologie appliquée. Nous avons montré que l’augmentation de la diffusivité dans le silicium dopé bore se produit par un mécanisme de transfert de charge depuis le dopant de type p.
Une deuxième partie se rapporte aux différents complexes de défauts ponctuels et leur thermodynamique, leur cinétique, et leurs propriétés optiques. La formation de ces complexes peut être induite expérimentalement par une irradiation par des électrons. Plus généralement, ils apparaissent aussi dans des environnements opérationnels particuliers comme le spatial. Ici, nous avons réalisé une étude expérimentale et théorique combinée pour identifier l’impact du dopage isovalent (C, Ge) et du codopage (C-Ge, C-Sn, C-Pb) sur la production de différents complexes (VOi, CiOi, CiCs), qui sont électriquement et optiquement actifs. Enfin, une attention particulière a été portée à la paire de défaut carbone-carbone et ses propriétés. Récemment, il a été établi que le silicium fortement dopé en carbone présente des propriétés d’émission laser. Ici nous avons cherché à étudier les formes possibles du complexe et leurs propriétés, afin de comprendre lequel est présent expérimentalement.

Jury :
Président : Dr Noël Jakse
Rapporteur : Dr Guy Tréglia
Rapporteur : Dr Laurent Pizzagalli
Examinateur : Dr Pascal Pochet
Examinateur :  Dr Damien Caliste
Examinateur : Dr Claudio Aattaccalite
Directeur de thèse : Dr Pascal Pochet
Co-Directeur de thèse : Dr Damien Caliste

Mots clés :
Photovoltaïque, BigDFT, Défauts induits par irradiation, Diffusion de l'oxygène, Défauts ponctuels dans le silicium, Ab initio

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