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29 results on '"Inès Massiot"'

1. Design of hybrid MoS2/photonic devices compatible with technological constraints

Author

Jean-Baptiste Dory, Olivier Gauthier-Lafaye, Pascal Dubreuil, Inès Massiot, Stéphane Calvez, and Adnen Mlayah

Subjects
MoS2 monolayer, photonic, optical cavities, resonant gratings, 2D materials, integration, Materials of engineering and construction. Mechanics of materials, TA401-492, Chemical technology, TP1-1185
Abstract

The integration of transition metal dichalcogenide layers into photonic devices is a current challenge in the field of 2D materials. Based on numerical simulations, this work explores the design of devices combining an MoS _2 monolayer with planar photonic gratings sustaining localized optical resonances. A special attention is paid to the technological constraints. The optical response of six devices is compared taking into account the limitations imposed by the growth conditions of the MoS _2 layer and the processing of the resonant optical gratings. The reported photonic devices composed of grating filters and a backside reflector on silicon and silica substrates exhibit a theoretical absorption by the MoS _2 layer between 85 and 99% at 532 nm. The numerical simulations further show that the addition of an Al _2 O _3 encapsulation layer, to protect the MoS _2 monolayer, results in an increase of the performance of the devices. These hybrid MoS _2 based photonic devices are promising technological platforms for the study of the optical properties of integrated MoS _2 monolayers.

Published
2022
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2. Photothermal Conversion of Solar Infrared Radiation by Plasmonic Nanoantennas for Photovoltaic-Thermoelectric Hybrid Devices

Author

Sébastien Hanauer, Inès Massiot, Adnen Mlayah, Franck Carcenac, Jean-Baptiste Doucet, Sélyan Beldjoudi, Ihar Faniayeu, Alexandre Dmitriev, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), University of Gothenburg (GU), Swedish Research Council (VR) (Project No. 2017-04828)Swedish Research Council for Sustainable Development (Formas) (Project No. 2021-01390), and ANR-21-CE50-0003,HYDRES,Systèmes hybrides photovoltaïques-thermoélectriques pour la récupération d'énergie solaire(2021)

Subjects
photothermal conversion, thermoplasmonics, photovoltaics, [SPI]Engineering Sciences [physics], Materials Chemistry, Electrochemistry, Energy Engineering and Power Technology, Chemical Engineering (miscellaneous), Electrical and Electronic Engineering, interface layer, hybrid energy harvesting, thermoelectricity
Abstract

International audience; Photovoltaics have become one of the low-cost options for electricity generation. However, the lack of absorption of the near-infrared and infrared solar spectrum intrinsically limits its efficiency. Here, we present an approach for photothermal conversion of solar infrared radiation in photovoltaic-thermoelectric systems using plasmonic nanoantennas. Through numerical calculations-driven shape engineering we identified Ni diabolo nanoantennas as efficient solar infrared spectrum harvesters. Nanofabrication with electron-beam lithography further revealed its impact on nanoantennas optical properties at single-nanoantenna level. In the large-scale low-cost approach, however, photothermal surfaces of nanocone plasmonic antennas, made with a simple and robust fabrication process, still deliver a significant 6.1°C temperature increase under solar 1 infrared illumination. The reported results pave the way towards the development of hybrid photovoltaic-thermoelectric systems with an optimal utilization of the solar spectrum.

Published
2023

3. Degradation Study of InGaAsN p-i-n Solar Cell Under 1-MeV Electron Irradiation

Author

Inès Massiot, S. Parola, R. Rey, Guilhem Almuneau, Sophie Duzellier, Claude Pons, F. Olivie, T. Nuns, Maxime Levillayer, Alexandre Arnoult, Laurent Artola, Corinne Aicardi, T. Le Cocq, Christophe Inguimbert, R. Monflier, ONERA / DPHY, Université de Toulouse [Toulouse], ONERA-PRES Université de Toulouse, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Micro électronique, Composants, Systèmes, Efficacité Energétique (M@CSEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Énergie (NRJ), Matériaux (MAT), Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
MJSC, PL, Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Electron, Nitride, dilute nitrides, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Gallium arsenide, law.invention, Degradation, chemistry.chemical_compound, EQE, law, 0103 physical sciences, Solar cell, Electron beam processing, Irradiation, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Photocurrent, DLTS, irradiation, 010308 nuclear & particles physics, business.industry, electrons, solar cell, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, InGaAsN, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, Degradation (geology), business
Abstract

International audience; The degradation of InGaAsN pin subcell under 1 MeV electrons irradiation was studied by characterizing solar cells and dilute nitride bulk layers before and after irradiation. Cells are measured to retain more than 94 % of their original photocurrent after 10 15 cm-2 1 MeV-electrons irradiation. Moreover, no significant degradation of the optoelectronic properties is observed after irradiation.

Published
2021

4. Analysis of thermally stressed GaAs solar cells for operation in terrestrial hybrid systems

Author

Paul Oublon, Alexandre Arnoult, Hurand, S., Maxime Levillayer, Frédéric Martinez, Inès Massiot, Parola, S., Jeremie DREVILLON, Daniel Chemisana, Guilhem Almuneau, Yvan Cuminal, Rodolphe Vaillon, Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Micro électronique, Composants, Systèmes, Efficacité Energétique (M@CSEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut Pprime (PPRIME), Université de Poitiers-ENSMA-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universidad de Lleida, Spain, Énergie (NRJ), Fiabilité et Systèmes en Environnements Contraints (FSEC), ANR-10-LABX-0022,SOLSTICE,Solar Energy, Science, Technology and Innovation for Energy Conversion(2010), Vaillon, Rodolphe, and Laboratoires d'excellence - Solar Energy, Science, Technology and Innovation for Energy Conversion - - SOLSTICE2010 - ANR-10-LABX-0022 - LABX - VALID

Subjects
[SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power
Abstract

International audience

Published
2022

5. Degradation study of InGaAsN PIN solar cell under 1 MeV electron irradiation

Author

Maxime Levillayer, Sophie Duzellier, Thierry Nuns, Christophe Inguimbert, Tifenn Lecocq, Inès Massiot, Alexandre Arnoult, Corinne Aircadi, Parola, S., Guilhem Almuneau, Laurent Artola, ONERA / DPHY, Université de Toulouse [Toulouse], PRES Université de Toulouse-ONERA, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Micro électronique, Composants, Systèmes, Efficacité Energétique (M@CSEE), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Almuneau, Guilhem, ONERA-PRES Université de Toulouse, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
MJSC, PL, DLTS, [SPI.OPTI] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, irradiation, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, electrons, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, dilute nitrides, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, solar cell, Degradation, EQE, InGaAsN, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics
Abstract

International audience; Degradation of InGaAsN pinsubcell under 1MeV electron irradiation was studied by characterizing solar cells and dilute nitride bulklayers before and after irradiation. The measurements show that these cells retain more than 94% of their original photocurrent after an 1015cm-2 electron-irradiation. Moreover, no significant degradation of the optoelectronic properties is observed after irradiation

Published
2020

6. Development of 1 eV InGaAsN PIN subcell for MJSC integration and space application

Author

Sophie Duzellier, Guilhem Almuneau, Laurent Artola, Chantal Fontaine, Inès Massiot, Corinne Aicardi, T. Nuns, S. Parola, Alexandre Arnoult, Maxime Levillayer, Christophe Inguimbert, Hélène Carrère, ONERA / DPHY, Université de Toulouse [Toulouse], ONERA-PRES Université de Toulouse, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Micro électronique, Composants, Systèmes, Efficacité Energétique (M@CSEE), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), IEEE, Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
MJSC, 010302 applied physics, Materials science, Annealing (metallurgy), Analytical chemistry, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), Nitride, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Temperature measurement, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Gallium arsenide, dilute nitride, chemistry.chemical_compound, Pulmonary surfactant, Molecular beam epitaxial growth, chemistry, 0103 physical sciences, InGaAsN, space applications, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 1eV cell, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; This paper reports on the optimization of 1eV dilute nitride solar cells growth conditions. InGaAsN cells were grown by MBE under different conditions (V/III ratio, substrate temperature, surfactant) and were processed without post-growth annealing. Characterization results suggest that the V/III ratio should be kept above 10 and that using Bi as a surfactant does not improve the cell performances. Our best InGaAsN cells exhibit Jsc and Voc values of 7.9 mA/cm 2 and 0.375 V respectively, under AM0> 870 nm and without ARC.

Published
2020

7. Progress and prospects for ultrathin solar cells

Author

Andrea Cattoni, Stéphane Collin, Inès Massiot, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Photovoltaïque d’Ile-de-France (UMR) (IPVF), École polytechnique (X)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-TOTAL FINA ELF-EDF (EDF)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Photovoltaïque d’Ile-de-France (ITE) (IPVF)-Air Liquide [Siège Social], ANR-12-PRGE-0003,ULTRACIS_M,Vers l'industrialisation des cellules ultraminces à base de CIGSe(2012), ANR-12-PRGE-0004,NATHISOL,Nanophotonique pour cellules solaires en silicium cristallin en couche mince(2012), ANR-15-CE05-0026,NANOCELL,Nano-antennes pour la prochaine generation de cellules solaires(2015), European Project: 720887,ARCIGS-M, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
Materials science, Fabrication, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Optical path, Nanoscopic scale, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, Photovoltaic system, Energy conversion efficiency, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 021001 nanoscience & nanotechnology, Solar energy, Engineering physics, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Fuel Technology, Semiconductor, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Photonics, 0210 nano-technology, business
Abstract

Ultrathin solar cells with thicknesses at least 10 times lower than conventional solar cells could have the unique potential to efficiently convert solar energy into electricity while enabling material savings, shorter deposition times and improved carrier collection in defective absorber materials. Efficient light absorption and hence high power conversion efficiency could be retained in ultrathin absorbers using light-trapping structures that enhance the optical path. Nevertheless, several technical challenges prevent the realization of a practical device. Here we review the state-of-the-art of c-Si, GaAs and Cu(In,Ga)(S,Se)2 ultrathin solar cells and compare their optical performances against theoretical light-trapping models. We then address challenges in the fabrication of ultrathin absorber layers and in nanoscale patterning of light-trapping structures and discuss strategies to ensure efficient charge collection. Finally, we propose practical architectures for ultrathin solar cells that combine photonic and electrical constraints, and identify future research directions and potential applications of ultrathin photovoltaic technologies. Ultrathin solar cells attract interest for their relatively low cost and potential novel applications. Here, Massiot et al. discuss their performance and the challenges in the fabrication of ultrathin absorbers, patterning of light trapping structures and ensuring efficient charge-carrier collection.

Published
2020

8. Thickness limitation of band to band tunneling process in InGaAs/GaAsSb type-II tunnel junctions designed for multijunction solar cells

Author

Kevin Louarn, Inès Massiot, Alexandre Bounouh, François Piquemal, Nicolas Cavassilas, Yann Claveau, Ludovic Marigo-Lombart, Alexandre Arnoult, Chantal Fontaine, Guilhem Almuneau, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] (LNE ), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Équipe Photonique ( LAAS-PHOTO ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence ( IM2NP ), Aix Marseille Université ( AMU ) -Université de Toulon ( UTLN ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique ( LAAS-TEAM ), Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] ( LNE ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), and Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST)

Subjects
Materials science, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, Multijunction photovoltaic cell, Computer Science::Computational Geometry, Epitaxy, 7. Clean energy, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Condensed Matter::Materials Science, Tunnel junction, Condensed Matter::Superconductivity, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, Electrochemistry, Chemical Engineering (miscellaneous), Tunneling current, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Quantum tunnelling, 010302 applied physics, Local density of states, business.industry, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Heterojunction, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business, Molecular beam epitaxy
Abstract

International audience; This article reports on the impact of the thickness and/or the composition on the performance of type-II n+ InGaAs/p+ GaAsSb tunnel junctions. The InGaAs/GaAsSb staggered band-offset heterojunction is expected to improve tunneling properties. Devices have been grown by molecular beam epitaxy with various thicknesses and/or Sb and In concentrations. For thin elastically strained type-II tunnel junctions, the electrical characteristics exhibit degraded transport performances compared to the reference p+ GaAs/n+ GaAs tunnel junction structures, while much better tunneling peak currents are achieved with strain-relaxed thick type-II tunnel junctions. Based on a theoretical analysis of the local density of states and the band-edges profiles of the type-II tunnel junctions, we propose a suitable design for type-II tunnel junctions with high tunneling current density toward their use in multi-junction solar cells.

Published
2019

9. Ultrathin PECVD epitaxial Si solar cells on glass via low-temperature transfer process

Author

Martin Foldyna, Anne Gaucher, Philippe Pareige, Inès Massiot, Jean-Luc Maurice, Andrea Cattoni, Pere Roca i Cabarrocas, Emmanuel Cadel, Valerie Depauw, Gilles Patriarche, Stéphane Collin, Ismael Cosme-Bolanos, Wanghua Chen, and Romain Cariou

Subjects
Materials science, Silicon, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Chemical vapor deposition, 010402 general chemistry, Epitaxy, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Monocrystalline silicon, Photovoltaics, Plasma-enhanced chemical vapor deposition, Crystalline silicon, Electrical and Electronic Engineering, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Anodic bonding, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract

Fabrication of high-quality ultrathin monocrystalline silicon layers and their transfer to low-cost substrates are key steps for flexible electronics and photovoltaics. In this work, we demonstrate a low-temperature and low-cost process for ultrathin silicon solar cells. By using standard plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), we grow high-quality epitaxial silicon layers (epi-PECVD) from SiH4/H2 gas mixtures at 175 °C. Using secondary ion mass spectrometry and transmission electron microscopy, we show that the porosity of the epi-PECVD/crystalline silicon interface can be tuned by controlling the hydrogen accumulation there. Moreover, we demonstrate that 13–14% porosity is a threshold above which the interface becomes fragile and can easily be cleaved. Taking advantage of the H-rich interface fragility, we demonstrate the transfer of large areas (∽10 cm2) ultrathin epi-PECVD layers (0.5–5.5 µm) onto glass substrates by anodic bonding and moderate annealing (275–350 °C). The structural properties of transferred layers are assessed, and the first PECVD epitaxial silicon solar cells transferred on glass are characterized. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.

Published
2016

10. Tampon graduel et jonction tunnel de type II relaxés sur GaAs pour sous­ cellules solaires métamorphiques à 1 eV

Author

Kevin Louarn, Chantal Fontaine, Alexandre Arnoult, Yann Claveau, Ludovic Marigo-Lombart, Inès Massiot, Jonathan Colin, Clara Cornille, Leite, E., Laurent Lombez, Nicolas Cavassilas, François Piquemal, Alexandre Bounouh, Guilhem Almuneau, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche et Développement sur l'Energie Photovoltaïque (IRDEP), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-EDF R&D (EDF R&D), EDF (EDF)-EDF (EDF), Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] (LNE ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), EDF R&D (EDF R&D), EDF (EDF)-EDF (EDF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
[SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic
Abstract

National audience; La technologie des cellules solaires tandem (MJSCs) GaAs (1.42 eV)/GaInP (1.87 eV) sur substrat GaAs est très mature, et l'ajout de sous­cellules solaires de plus petit gap à cette structure bien maîtrisée a permis d'obtenir de très hauts rendements au­delà de 40 %. Les alliages GaInAsN accordés sur GaAs (rendement de 43.5% [1]), GaInAs métamorphique (rendement de 44.4 % [2]) ainsi que le collage par "wafer­bonding" de sous­cellules fabriquées sur InP (rendement de 46% [2]) ont jusqu'ici été exploités. Dans l'optique de dépasser cette valeur record dans des cellules solaires métamorphiques, la maîtrise d'un matériau à 1 eV ayant de bonnes propriétés structurales et optoélectroniques est indispensable, et constitue un défi majeur pour la filière des MJSCs sur substrat GaAs. Nous visons à exploiter un alliage GaAsBi, avec une concentration de bismuth de 7%. En effet, cet alliage présente un désaccord de maille avec le GaAs plus faible (0.6%) que l'alliage Ga 0.69 In 0.31 As (2.2%) pour atteindre 1eV. De ce fait, la couche graduelle métamorphique AlGaInAs élaborée avant l'absorbeur 1eV qui ne contiendra que 15% d'indium au lieu de 35%, pourra être plus fine et sera de meilleure qualité structurale. Pour encore améliorer les performances de ces sous­cellules, il est aussi nécessaire de disposer de jonctions tunnel (JT) de hautes performances permettant la connexion électrique entre les sous­cellules [3]. Nous proposons ici une géométrie originale de JT et présentons les résultats obtenus. Nous démontrons la fabrication par Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM) d'une JT AlGaInAs/AlGaAsSb hautes performances intégrée au tampon graduel relaxé réalisant l'accord de maille du GaAsBi (xBi =7%), comme présenté sur la Figure 1. Cette solution a été développée à partir d'un travail expérimental et théorique autour des hétérojonctions tunnel de type II GaAsSb/GaInAs, qui sera donc aussi détaillé. Comme preuves de concept, la croissance de cellules solaires métamorphiques GaInAs (x In =11%) (1.25 eV) et GaAsSbN (1 eV) a été réalisée et les composants sont en cours de fabrication. Les premiers résultats obtenus sur ces composants seront discutés. Références: [1] Sabnis, V., Yuen, H., Wiemer, M. (2012,). High­efficiency multijunction solar cells employing dilute nitrides.

Published
2017

11. Comparaison d'absorbeurs à 1 eV à base de nitrure dilué accordés en maille sur GaAs: GaInAsN, GaAsSbN et GaInAsN(Bi)

Author

Inès Massiot, Kevin Louarn, Chantal Fontaine, Sawsen Azaizia, Alexandre Arnoult, Clara Cornille, Jonathan Colin, Leite, E., Lombez, L., Bounouh, A., Andrea Balocchi, Hélène Carrère, Piquemal, F., Guilhem Almuneau, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Institut de Recherche et Développement sur l'Energie Photovoltaïque (IRDEP), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-EDF R&D (EDF R&D), EDF (EDF)-EDF (EDF), Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] (LNE ), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), EDF R&D (EDF R&D), EDF (EDF)-EDF (EDF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic
Abstract

National audience; La cellule solaire à multijonction reste aujourd'hui l'approche la plus performante en terme d'efficacité de conversion photovoltaïque. Ces cellules qui sont commercialisées avec des rendements de 40 % sont réalisées à base de GaInP(1,9eV)/GaAs(1,42eV)/Ge(0,66eV). Cependant un matériau avec un gap autour de 1eV permettrait soit de remplacer le Ge avec un gain sur le rendement, et/ou permettre d'améliorer les cellules à 4 ou 5 jonctions grâce à une bande d'absorption optimale. Différentes solutions ont été proposées pour réaliser des alliages dilués à base d'azote, d'antimoine et/ou de bismuth avec un gap de 1eV et accordés en maille au substrat GaAs ou Ge. L'épitaxie de ces alliages GaInAsN, GaAsSbN et GaAsBiN en couche épaisse reste complexe et donc leurs propriétés structurales, électriques et optiques difficiles à maîtriser. Sur la base de notre savoir­faire au LAAS sur les nanostructures quantiques à base de ces matériaux, nous avons étudié la croissance par épitaxie par jets moléculaires de plusieurs types d'alliages (GaInAsN, GaAsSbN et GaInAsN avec surfactant Bi) accordés en maille sur GaAs pour les applications photovoltaïques dans le proche infrarouge. Notamment nous avons optimisé les conditions de croissance de ces matériaux grâce au contrôle in­situ des contraintes et de caractérisations structurales (Diffraction rayons X) et optiques (Photoluminescence résolue en temps) ex­situ. En particulier, l'impact des propriétés surfactantes de l'antimoine et du bismuth sur les propriétés structurales, électroniques et optiques du Ga(In)AsN sera présenté en s'appuyant notamment sur la caractérisation de cellules solaires intégrant ces différents matériaux absorbeurs. Ce travail a bénéficié du support financier du projet EMRP­EURAMET SolCell et de l'ANRT­CIFRE; et a bénéficié du support technique de la centrale de technologie du LAAS­CNRS du réseau RENATECH.

Published
2017

12. Jonctions tunnel AlGaAsSb/AlGaInAs accordées et relaxées sur substrat GaAs pour les applications photovoltaïques

Author

Kevin Louarn, Yann Claveau, Alexandre Arnoult, Chantal Fontaine, Jonathan Colin, Clara Cornille, Inès Massiot, Ludovic Marigo-Lombart, François Piquemal, Alexandre Bounouh, Nicolas Cavassilas, Guilhem Almuneau, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] (LNE ), Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP), Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic
Abstract

Résumé pour une présentation orale / sur poster; National audience; Les Jonctions Tunnel (JT) sont des composants très importants pour les cellules solaires multi-jonction, puisqu'elles assurent la connexion électrique en série entre les différentes sous-cellules. Récemment, il a été fabriqué par EPVOM des JTs AlGaAs:C/GaAs:Te et AlGaAs:C/GaInP:Te atteignant des densités de courant pic J pic records de 10 kA/cm² sur substrat GaAs [1], en remplaçant le dopant N usuel Si par du Te et permettant ainsi d'obtenir les forts niveaux de dopages nécessaires pour augmenter la probabilité d'effet tunnel dans le composant. Nous avons travaillé sur une autre approche pour obtenir des JT de "hautes" performances, et ne nécessitant pas des dopages aussi forts : il s'agit de profiter des offsets de bandes de l'hétérojonction AlGaAsSb/AlGaInAs de type II pour augmenter la probabilité d'effet tunnel.

Published
2017

13. Integrating surface nanotextures into thin crystalline-Si solar cells: The case of a 1μm-thin nanoimprinted heterojunction cell

Author

Ivan Gordon, Pere Roca i Cabarrocas, Twan Bearda, Valerie Depauw, Christos Trompoukis, Inès Massiot, Alexandre Dmitriev, Jef Poortmans, and Wanghua Chen

Subjects
010302 applied physics, Materials science, Silicon, business.industry, chemistry.chemical_element, Heterojunction, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Polymer solar cell, Monocrystalline silicon, chemistry, 0103 physical sciences, Optoelectronics, Crystalline silicon, Plasmonic solar cell, Thin film, Photonics, 0210 nano-technology, business
Abstract

Texturing of crystalline silicon at the light wavelength scale is a promising approach for light management in ever thinner cells. However, this approach requires adapting the device design and process, which has so far revealed to be a challenging task. Indeed, successful integration requires compromising the excellent optical properties for preserving the electrical ones. We briefly summarize what has been learned so far in the community and illustrate some of these learnings with the fabrication and improvement of 1-μ m-thin monocrystalline nanotextured silicon solar cells.

Published
2017

14. Metal Nanogrid for Broadband Multiresonant Light-Harvesting in Ultrathin GaAs Layers

Author

Jean-François Guillemoles, Nicolas Vandamme, Inès Massiot, Stéphane Collin, Christophe Dupuis, Aristide Lemaître, and Nathalie Bardou

Subjects
Materials science, business.industry, Surface plasmon, Physics::Optics, Polarization (waves), Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, law.invention, Metal, Condensed Matter::Materials Science, Optics, Semiconductor, law, visual_art, Broadband, Solar cell, visual_art.visual_art_medium, Optoelectronics, Electrical and Electronic Engineering, business, Excitation, Plasmon, Biotechnology
Abstract

Most plasmonic super absorbers use the excitation of surface plasmons to achieve perfect absorption in metal nanostructures. We present a design for an ultrathin metal–semiconductor–metal super absorber where light is mainly absorbed within a flat 25 nm thick GaAs semiconductor layer. The top metal layer is patterned as a two-dimensional grid with a subwavelength period and is covered with a thin embedding dielectric layer. We show numerically multiresonant absorption with low polarization and angular dependence. We experimentally demonstrate optical absorption above 80% over the 450–830 nm spectral range using a gold nanogrid. This work opens perspectives toward ultrathin active plasmonic optoelectronic devices and, in particular, highly efficient ultrathin solar cells.

Published
2014

15. Photonic nanostructures for advanced light trapping in thin crystalline silicon solar cells

Author

Enric Garcia Caurel, Patricia Prod'Homme, Alexandre Dmitriev, Aline Herman, Martin Foldyna, Olivier Deparis, Emmanuel Drouard, Ounsi El Daif, Pere Roca i Cabarrocas, Christian Seassal, Inès Massiot, Kristof Lodewijks, Vladimir Mijkovic, Jef Poortmans, Alexandre Mayer, Jia Liu, Ivan Gordon, Robert Mertens, Valerie Depauw, Babak Heidari, Ismael Cosme, G. Poulain, Islam Abdo, Jérôme Muller, Loïc Lalouat, Regis Orobtchouk, Ki-Dong Lee, Wanghua Chen, Christos Trompoukis, Fabien Mandorlo, and Romain Cariou

Subjects
Materials science, Silicon, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 7. Clean energy, law.invention, law, Etching (microfabrication), 0103 physical sciences, Solar cell, Materials Chemistry, Crystalline silicon, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, Photonic crystal, 010302 applied physics, business.industry, Surfaces and Interfaces, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Optoelectronics, Dry etching, Photonics, 0210 nano-technology, business
Abstract

We report on the fabrication, integration, and simulation, both optical and optoelectrical, of two-dimensional photonic nanostructures for advanced light trapping in thin crystalline silicon (c-Si) solar cells. The photonic nanostructures are fabricated by the combination of various lithography (nanoimprint, laser interference, and hole mask colloidal) and etching (dry plasma and wet chemical) techniques. The nanopatterning possibilities thus range from periodic to random corrugations and from inverted nanopyramids to high aspect ratio profiles. Optically, the nanopatterning results in better performance than the standard pyramid texturing, showing a more robust behavior with respect to light incidence angle. Electrically, wet etching results in higher minority carrier lifetimes compared to dry etching. From the integration of the photonic nanostructures into a micron-thin c-Si solar cell certain factors limiting the efficiencies are identified. More precisely: (a) the parasitic absorption is limiting the short circuit current, (b) the conformality of thin-film coatings on the nanopatterned surface is limiting the fill factor, and (c) the material damage from dry etching is limiting the open circuit voltage. From optical simulations, the optimal pattern parameters are identified. From optoelectrical simulations, cell design considerations are discussed, suggesting to position the junction on the opposite side of the nanopattern.

Published
2014

16. Understanding the evolution of the geometry of silicon solar cells

Author

Inès Massiot, Philippe Arguel, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Science instruction, Solar cell geometry, Photovoltaics engineering, Silicon, Computer science, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, 05 social sciences, Photovoltaic system, Process (computing), 050301 education, General Physics and Astronomy, chemistry.chemical_element, Geometry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, [PHYS.PHYS.PHYS-ED-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Physics Education [physics.ed-ph], Education, chemistry, 0103 physical sciences, Silicon solar cells, Cell geometry, 010306 general physics, 0503 education, Parametric statistics
Abstract

International audience; Today, solar cells are very familiar to the broad public, and everyone has noticed their particular geometry resembling a square with rounded-off corners. However, the rationale behind this geometry is little known. This paper presents a precise study of the geometry of silicon solar cells and its evolution since their appearance in the early 1960s. Through a parametric approach taking into account different types of constraints, it is shown that the cell geometry is the result of an optimization process depending on both technical and economic aspects. The correlation between the parametric study and historical data shows that the photovoltaic panels that we see today on our roofs have been mainly shaped by the evolution of cost constraints over the past decades.

Published
2019

17. Multiscale conformal pattern transfer

Author

Kristof Lodewijks, Vladimir Miljkovic, Inès Massiot, Addis Mekonnen, Ruggero Verre, Eva Olsson, and Alexandre Dmitriev

Subjects
Article
Abstract

We demonstrate a method for seamless transfer from a parent flat substrate of basically any lithographic top-down or bottom-up pattern onto essentially any kind of surface. The nano- or microscale patterns, spanning macroscopic surface areas, can be transferred with high conformity onto a large variety of surfaces when such patterns are produced on a thin carbon film, grown on top of a sacrificial layer. The latter allows lifting the patterns from the flat parent substrate onto a water-air interface to be picked up by the host surface of choice. We illustrate the power of this technique by functionalizing broad range of materials including glass, plastics, metals, rough semiconductors and polymers, highlighting the potential applications in in situ colorimetry of the chemistry of materials, anti-counterfeit technologies, biomolecular and biomedical studies, light-matter interactions at the nanoscale, conformal photovoltaics and flexible electronics.

Published
2016

18. Highly conformal fabrication of nanopatterns on non-planar surfaces

Author

Christos Trompoukis, Inès Massiot, Kristof Lodewijks, Valerie Depauw, and Alexandre Dmitriev

Subjects
Materials science, Fabrication, Silicon, business.industry, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Surface finish, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Electrostatics, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Planar, chemistry, Photovoltaics, Optoelectronics, General Materials Science, 0210 nano-technology, business, Nanoscopic scale, Microscale chemistry
Abstract

While the number of techniques for patterning materials at the nanoscale exponentially increases, only a handful of methods approach the conformal patterning of strongly non-planar surfaces. Here, using the direct surface self-assembly of colloids by electrostatics, we produce highly conformal bottom-up nanopatterns with a short-range order. We illustrate the potential of this approach by devising functional nanopatterns on highly non-planar substrates such as pyramid-textured silicon substrates and inherently rough polycrystalline films. We further produce functionalized polycrystalline thin-film silicon solar cells with enhanced optical performance. The perspective presented here to pattern essentially any surface at the nanoscale, in particular surfaces with high inherent roughness or with microscale features, opens new possibilities in a wide range of advanced technologies from affordable photovoltaics and optoelectronics to cellular engineering.

Published
2016

19. Nanophotonics-based low-temperature PECVD epitaxial crystalline silicon solar cells

Author

Alexandre Dmitriev, Pere Roca i Cabarrocas, Abdelmounaim Harouri, Alain Fave, Inès Massiot, Valerie Depauw, Christos Trompoukis, Fabien Mandorlo, Emmanuel Drouard, Romain Cariou, Ki-Dong Lee, Christian Seassal, Wanghua Chen, Jia Liu, Loïc Lalouat, Regis Orobtchouk, Martin Foldyna, Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] ( LPICM ), École polytechnique ( X ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Alcatel-Thalès III-V lab ( III-V Lab ), THALES-ALCATEL, IMEC ( IMEC ), Catholic University of Leuven ( KU Leuven ), Departement Elektrotechniek - ESAT [leuven], Katholieke Universiteit Leuven ( KU Leuven ), INL - Nanophotonique ( INL - Photonique ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), College of Urban and Environmental Sciences, Peking University [Beijing], INL - Photovoltaïque ( INL - PV ), Laboratoire de photonique et de nanostructures ( LPN ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Department of Applied Physics [Gothenburg], Chalmers University of Technology [Göteborg], Obducat Technologies [Lund], Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] (LPICM), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Alcatel-Thalès III-V lab (III-V Lab), IMEC (IMEC), Catholic University of Leuven - Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Photovoltaïque (INL - PV), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, Acoustics and Ultrasonics, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Quantum dot solar cell, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Polymer solar cell, law.invention, Monocrystalline silicon, Etching (microfabrication), law, 0103 physical sciences, Solar cell, Crystalline silicon, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Reactive-ion etching, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, fungi, technology, industry, and agriculture, food and beverages, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, 13. Climate action, Dry etching, 0210 nano-technology, [ PHYS.COND ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]
Abstract

The enhancement of light absorption via nanopatterning in crystalline silicon solar cells is becoming extremely important with the decrease of wafer thickness for the further reduction of solar cell fabrication cost. In order to study the influence of nanopatterning on crystalline silicon thin-film solar cells, we applied two lithography techniques (laser interference lithography and nanoimprint lithography) combined with two etching techniques (dry and wet) to epitaxial crystalline silicon thin films deposited via plasma-enhanced chemical vapor deposition at 175 degrees C. The influence of nanopatterning with different etching profiles on solar cell performance is studied. We found that the etching profiles (pitch, depth and diameter) have a stronger impact on the passivation quality (open circuit voltage and fill factor) than on the optical performance (short circuit current density) of the solar cells. We also show that nanopatterns obtained via wet-etching can improve solar cell performance; and in contrast, dry-etching leads to poor passivation related to the etching profile, surface damage, and/ or contamination introduced during the etching process.

Published
2016

20. Disordered nanostructures by hole-mask colloidal lithography for advanced light trapping in silicon solar cells

Author

Ounsi El Daif, Alexandre Dmitriev, Christos Trompoukis, Jef Poortmans, Robert Mertens, Inès Massiot, Ivan Gordon, Valerie Depauw, and Ki-Dong Lee

Subjects
010302 applied physics, Fabrication, Materials science, Nanostructure, Silicon, business.industry, Atom and Molecular Physics and Optics, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Atomic layer deposition, Optics, chemistry, Attenuation coefficient, 0103 physical sciences, Wafer, Crystalline silicon, 0210 nano-technology, Absorption (electromagnetic radiation), business
Abstract

We report on the fabrication of disordered nanostructures by combining colloidal lithography and silicon etching. We show good control of the short-range ordered colloidal pattern for a wide range of bead sizes from 170 to 850 nm. The inter-particle spacing follows a Gaussian distribution with the average distance between two neighboring beads (center to center) being approximately twice their diameter, thus enabling the nanopatterning with dimensions relevant to the light wavelength scale. The disordered nanostructures result in a lower integrated reflectance (8.1%) than state-of-the-art random pyramid texturing (11.7%) when fabricated on 700 µm thick wafers. When integrated in a 1.1 µm thin crystalline silicon slab, the absorption is enhanced from 24.0% up to 64.3%. The broadening of resonant modes present for the disordered nanopattern offers a more broadband light confinement compared to a periodic nanopattern. Owing to its simplicity, versatility and the degrees of freedom it offers, this potentially low-cost bottom-up nanopatterning process opens perspectives towards the integration of advanced light-trapping schemes in thin solar cells. ispartof: Optics Express vol:24 issue:2 pages:A191-A201 ispartof: location:United States status: published

Published
2016

21. Ultrathin nanostructured c-Si solar cells by low temperature and scalable processes

Author

Romain Cariou, Anne Gaucher, Loïc Lalouat, Inès Massiot, Andrea Cattoni, Stéphane Collin, Martin Foldyna, Emmanuel Drouard, Christian Seassal, Wanghua Chen, P. Roca i Cabarrocas, Christophe Dupuis, Laboratoire d'Electronique et des Technologies de l'Information ( CEA-LETI ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères], Laboratoire de photonique et de nanostructures ( LPN ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN-CNRS), Université de Lille, Sciences Humaines et Sociales, Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] ( LPICM ), École polytechnique ( X ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Alcatel-Thalès III-V lab ( III-V Lab ), THALES-ALCATEL, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Nanophotonique ( INL - Photonique ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon, Laboratoire Traitement du Signal et de l'Image ( LTSI ), Université de Rennes 1 ( UR1 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ), Inl, Laboratoire INL UMR5270, Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] (LPICM), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Alcatel-Thalès III-V lab (III-V Lab), INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)

Subjects
Materials science, [SPI.OPTI] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI] Engineering Sciences [physics], [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Quantum dot solar cell, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, 7. Clean energy, Polymer solar cell, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Nanoimprint lithography, law.invention, Monocrystalline silicon, [SPI]Engineering Sciences [physics], law, Plasma-enhanced chemical vapor deposition, [ SPI ] Engineering Sciences [physics], Plasmonic solar cell, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, business.industry, Hybrid solar cell, Anodic bonding, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, business
Abstract

JUN 14-19, 2015; International audience; We report on the fabrication and characterization of both flat and patterned c-Si solar cells on glass. We use epitaxial layers grown by plasma enhanced chemical vapor deposition at low temperature (T

Published
2015

22. Sunlight-thin nanophotonic monocrystalline silicon solar cells

Author

Inès Massiot, Jef Poortmans, Christos Trompoukis, Ivan Gordon, Wanghua Chen, Alexandre Dmitriev, Pere Roca i Cabarrocas, and Valerie Depauw

Subjects
Materials science, Passivation, Silicon, Biomedical Engineering, Nanophotonics, chemistry.chemical_element, Bioengineering, 02 engineering and technology, Quantum dot solar cell, 01 natural sciences, Monocrystalline silicon, Photovoltaics, 0103 physical sciences, General Materials Science, Electrical and Electronic Engineering, Absorption (electromagnetic radiation), 010302 applied physics, business.industry, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Amorphous solid, chemistry, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract

Introducing nanophotonics into photovoltaics sets the path for scaling down the surface texture of crystalline-silicon solar cells from the micro-to the nanoscale, allowing to further boost the photon absorption while reducing silicon material loss. However, keeping excellent electrical performance has proven to be very challenging, as the absorber is damaged by the nanotexturing and the sensitivity to the surface recombination is dramatically increased. Here we realize a light-wavelength-scale nanotextured monocrystalline silicon cell with the confirmed efficiency of 8.6% and an effective thickness of only 830 nm. For this we adopt a self-assembled large-area and industry-compatible amorphous ordered nanopatterning, combined with an advanced surface passivation, earning strongly enhanced solar light absorption while retaining efficient electron collection. This prompts the development of highly efficient flexible and semitransparent photovoltaics, based on the industrially mature monocrystalline silicon technology.

Published
2017

23. Towards high-efficiency ultra-thin solar cells with nanopatterned metallic front contact

Author

Christophe Sauvan, Pere Roca i Cabarrocas, Nathalie Bardou, Jean-Luc Pelouard, Nicolas Vandamme, Inès Massiot, Stéphane Collin, Clément Colin, and Philippe Lalanne

Subjects
Monocrystalline silicon, Materials science, business.industry, Energy conversion efficiency, Optoelectronics, Plasmonic solar cell, Hybrid solar cell, Quantum dot solar cell, business, Absorption (electromagnetic radiation), Copper indium gallium selenide solar cells, Polymer solar cell
Abstract

We propose a novel design using multi-resonant absorption to achieve efficient light-trapping in ultra-thin (

Published
2013

24. Broadband light-trapping in ultra-thin nano-structured solar cells

Author

Christophe Dupuis, Negar Naghavi, Isabelle Gérard, Andrea Cattoni, Jean-François Guillemoles, Stéphane Collin, Clément Colin, Nathalie Bardou, Jean-Luc Pelouard, Inès Massiot, and Nicolas Vandamme

Subjects
Materials science, business.industry, Photovoltaic system, Nanophotonics, Physics::Optics, Hybrid solar cell, Quantum dot solar cell, Copper indium gallium selenide solar cells, Polymer solar cell, Gallium arsenide, chemistry.chemical_compound, chemistry, Optoelectronics, Plasmonic solar cell, business
Abstract

Conventional light trapping techniques are inefficient at the sub-wavelength scale. This is the main limitation for the thickness reduction of thin-film solar cells below 500nm. We propose a novel architecture for broadband light absorption in ultra-thin active layers based on plasmonic nano-cavities and multi-resonant mechanism. Strong light enhancement will be shown numerically for photovoltaic materials such as CIGSe and GaAs. First experiments on ultrathin nano-patterned CIGSe solar cells will be presented.

Published
2013

25. Low-temperature SiGe PECVD epitaxy: From wafer equivalent to ultra-thin crystalline solar cells on inexpensive substrates

Author

Stéphane Collin, Romain Cariou, R. Ruggeri, J. Tang, N. Ramay, Inès Massiot, J. Nassar, P. Roca i Cabarrocas, and Andrea Cattoni

Subjects
Materials science, genetic structures, business.industry, Photovoltaic cells, Low temperature SiGe epitaxy, Heterojunction, Quantum dot solar cell, Epitaxy, Polymer solar cell, Ellipsometry, Plasma-enhanced chemical vapor deposition, Transfer on low cost substrate, Thin film crystalline layer, Optoelectronics, HIT solar cell, Wafer, Thin film, RF-PECVD, business
Abstract

A standard RF-PECVD reactor is used to grow epitaxial SiGe layers at 175°C on c-Si (100) substrates. By adding GeH4 to SiH4/H2 plasmas, we show for the first time epitaxial SiGe alloys with Ge atomic fraction up to 35% grown at such low temperature. Few μm thick layers are used as an absorber in the wafer equivalent approach: thin film c-Si(p++)/epi-Si1-xGex/a-Si:H(n+) heterojunction solar cells are fabricated. Structural and electronic properties of these materials are investigated using Ellipsometry, Raman, TEM, J(V) characteristics and EQE. Simulations of device structure are performed with PC1D. Stress induced lift off enables detachment and transfer of ultra-thin Si layers of 1 cm2, on inexpensive substrate. Crystal quality is not affected by the transfer process, and first proof of concept of PECVD epitaxial ultrathin transferred solar diode is obtained.

Published
2013

26. Nanopatterned front contact for broadband absorption in ultra-thin amorphous silicon solar cells

Author

Pere Roca i Cabarrocas, Christophe Sauvan, Stéphane Collin, Nicolas Péré-Laperne, Inès Massiot, Clément Colin, Philippe Lalanne, Jean-Luc Pelouard, Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche et Développement sur l'Energie Photovoltaïque (IRDEP), EDF R&D (EDF R&D), EDF (EDF)-EDF (EDF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] (LPICM), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), lp2n-03,lp2n-13, Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N), and Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut d'Optique Graduate School (IOGS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Amorphous silicon, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), 02 engineering and technology, Quantum dot solar cell, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Polymer solar cell, law.invention, 010309 optics, Monocrystalline silicon, chemistry.chemical_compound, Condensed Matter::Materials Science, law, 0103 physical sciences, Solar cell, Plasmonic solar cell, Theory of solar cells, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Nanocrystalline silicon, 021001 nanoscience & nanotechnology, chemistry, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract

International audience; Broadband light trapping is numerically demonstrated in ultra-thin solar cells composed of a flat amorphous silicon absorber layer deposited on a silver mirror. A one-dimensional silver array is used to enhance light absorption in the visible spectral range with low polarization and angle dependencies. In addition, the metallic nanowires play the role of transparent electrodes. We predict a short-circuit current density of 14:6mA=cm2 for a solar cell with a 90 nm-thick amorphous silicon absorber layer.

Published
2012

27. Développement de sous-cellules pin InGaAsN à 1 eV pour intégration en MJSC et applications spatiales

Author

Maxime Levillayer, Guilhem Almuneau, Inès Massiot, Alexandre Arnoult, Chantal Fontaine, Laurent Artola, Inguimbert, C., Duzellier, S., Nuns, T., Frederic Pichot, Parola, S., Aicardi, C., Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), ONERA / DPHY, Université de Toulouse [Toulouse], PRES Université de Toulouse-ONERA, Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Micro électronique, Composants, Systèmes, Efficacité Energétique (M@CSEE), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), ONERA-PRES Université de Toulouse, and Parola, Stéphanie

Subjects
[SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract

International audience

29. Développement d'un procédé d'intégration d'un contact multifonctionnel dans une cellule photovoltaïque III-V

Author

Izere, Ange-Michaëlla, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université Paris-Saclay, Inès Massiot, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
[SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics
Abstract

National audience; La conversion de l'énergie solaire en électricité, le photovoltaïque, présente des limites notammenten termes de rendement de conversion. Cette perte d’énergie est en partie due au fait que les semi-conducteurs utilisés dans les cellules solaires ne convertissent pas l’intégralité du spectre solaire.Cela se traduit par une dissipation d’énergie sous forme de chaleur dans la cellule. L’associationd’une cellule photovoltaïque et d’un générateur thermoélectrique au sein d’un système hybridephotovoltaïque – thermoélectrique (PV-TE) pourrait permettre de récupérer une partie de cetteénergie perdue.Pour augmenter le rendement d’un tel système PV-TE, des chercheurs de l’équipe Photonique duLAAS-CNRS proposent de développer une électrode multifonctionnelle qui, outre sa fonctionélectrique, pourrait avoir d’autre fonctions optiques et/ou thermiques. La réalisation des systèmesPV-TE envisagés nécessite le détachement du substrat de croissance des semiconducteurs III-Vobtenus par épitaxie.Dans ce contexte, l’objectif de mon stage était de développer un procédé technologique permettantde transférer une couche de semiconducteur III-V épitaxiée sur un substrat hôte. J’ai ainsi travaillésur les deux étapes clés de collage sur le substrat hôte et de détachement sélectif du substrat decroissance.

Published
2019

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