Spectroscopie de capacité de diodes Schottky en silicium amorphe hydrogéné et de cellules photovoltaïques à haut rendement à hétérojonctions de silicium

Les travaux developpes dans cette these sont dedies a l’etude des proprietes electroniques de diodes Schottky de silicium amorphe hydrogene (a-Si:H) et d'heterojonctions entre silicium amorphe hydrogene et silicium cristallin, a-Si:H/c-Si au moyen de spectroscopies de capacite de jonctions.Lors de la fabrication des cellules solaires a haut rendement plusieurs parametres d’une heterojonction a-Si:H/c-Si doivent etre consideres. Premierement, la densite d’etats dans le gap du a-Si:H est d’une grande importance car il s’agit de defauts qui favorisent le piegeage et la recombinaison de porteurs. Deuxiemement, la determination des desaccords des bandes entre la couche amorphe et la couche cristalline est indispensable puisque ceux-ci controlent le transport a travers la jonction et determinent la courbure des bandes dans c-Si, ce qui va notamment influencer la recombinaison des porteurs sous lumiere, donc la tension de circuit ouvert des cellules. Cette these a pour but d’etudier la spectroscopie de capacite comme technique d'analyse de parametres cles pour les dispositifs a heterojonctions de silicium : la densite d’etats dans le a-Si:H et les desaccords des bandes entre a-Si:H et c-Si.La premiere partie est dediee a l’etude de la capacite de diodes Schottky. Nous nous concentrons sur un traitement simplifie de la capacite en fonction de la temperature et de la frequence reposant sur une expression analytique obtenue par une resolution approchee de l'equation de Poisson. Ce traitement permet en principe d’extraire la densite d’etats au niveau de Fermi dans le a-Si:H et la frequence de saut des electrons depuis un etat localise au niveau de Fermi vers la bande de conduction. En appliquant ce traitement simplifie a la capacite calculee sans approximation a l'aide de deux logiciels de simulation numerique, nous montrons que sa fiabilite et sa validite dependent fortement de la distribution des etats localises dans la bande interdite du a-Si:H et de la position du niveau de Fermi. Puis nous abordons l’etude de la capacite des heterojonctions entre a-Si:H de type p et c-Si de type n, et nous mettons particulierement en avant l’existence d'une couche d’inversion forte a l’interface dans le c-Si, formant un gaz bidimensionnel de trous. Dans une premiere partie, nous presentons une etude par simulation numerique de la dependance de la capacite en fonction de la temperature, pour laquelle un ou deux echelons peuvent etre mis en evidence a basse temperature. Leur analyse montre qu’un des ces echelons est attribue a l’activation de la reponse de la charge dans le a-Si:H, alors que l’autre, presentant une energie d'activation plus grande, est lie a la modulation de la concentration des trous dans la couche d’inversion forte, lorsque celle-ci existe. On presente ensuite une discussion de resultats experimentaux. Le regime quasi-statique de la capacite fait ainsi l’objet d’une discussion. Nous mettons en relief le fait que l’approximation de la zone de depletion ne permet pas de reproduire cette augmentation de la capacite en fonction de la temperature. Du fait de l’existence de la couche d’inversion forte, la chute de potentiel dans la zone de depletion du c-Si est plus faible que la valeur determinee par le calcul attribuant toute la chute de potentiel a la zone de depletion. Par consequent, cette approximation conduit a sous-estimer la capacite ainsi que son augmentation avec la temperature. Nous presentons alors un calcul analytique complet qui tient compte a la fois de la distribution particuliere du potentiel dans le a-Si:H, et des trous dans le c-Si dont la contribution a la concentration totale de charges n'est pas negligeable dans la couche d’inversion forte. Le calcul analytique complet permet de bien reproduire les resultats experimentaux de capacite en fonction de la temperature; ceci confirme la presence de la couche d’inversion forte dans les echantillons etudies.