Résumé de la Thèse

Le sujet de thèse s'inscrit dans le cadre du projet de détermination de la constante de von Klitzing RK débuté il y a quelques années au LNE et dont l'aboutissement est prévu pour 2020. À ce jour, la mesure la plus exacte de cette constante traçable au Système international d’unités (SI) est obtenue via le raccordement de l'ohm produit par l'effet Hall quantique au farad, matérialisé à l'aide d'un condensateur calculable dit de Thompson-Lampard. Afin d'améliorer sa précédente détermination (en 2000) obtenue avec une incertitude relative de 5×10-8, le LNE construit un nouvel étalon calculable de Thompson-Lampard et améliore l'exactitude de l'ensemble des dispositifs de mesure associés. L’objectif de ce vaste projet est de réduire l’incertitude globale sur la détermination de RK à une valeur proche de 10–8. Le travail de thèse porte sur la réalisation, la caractérisation et/ou l’automatisation de la chaîne de mesure associée à cette détermination.

Mots Clés

ponts de comparaison d'impédances coaxiaux, transformateurs étalons, métrologie, électricité, instrumentation

Résumé HDR

L’effet Hall quantique (EHQ) et l’effet Josephson, effets quantiques macroscopiques de l’état solide, ont révolutionné la métrologie électrique en fournissant des étalons universels et reproductibles de résistance et de tension, uniquement liés à la charge élémentaire e et à la constante de Planck h. À l’issue de nombreux travaux de recherche, ils vont être consacrés par le futur Système International d’unités (SI) fondé sur des valeurs exactes de constantes, dont e et h. Dans ce manuscrit, je présente les travaux de recherche que j’ai menés, d’abord au Laboratoire central des industries électriques (LCIE) puis au Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), visant au développement d’étalons quantiques de résistance et de courant plus performants et pratiques exploitant ces deux effets. Ils concernent, entre autres, les réseaux de Hall, les tests d’universalité de l’EHQ, la physique de la quantification de Hall dans les « graphènes » et la réalisation pratique et quantique de l’ampère mais également l’instrumentation nécessaire à tous ces enjeux de recherche. Je conclus ce manuscrit en abordant quelques perspectives d’avenir, dont le calibrateur universel quantique qui s’impose dans le contexte du nouveau SI.

Mots Clés

Système international d’unités, constantes fondamentales, étalons électriques quantiques, ohm, ampère, résistance, courant, instrumentation, effet Hall quantique, graphène, métrologie, SQUID, comparateur de courant cryogénique

Résumé de la thèse

L’architecture des cellules solaires multi-jonction permet d’obtenir des records de rendement de conversion photovoltaïque, pouvant aller jusqu’à 46 %. Leurs sous-cellules sont chacune conçues pour absorber une partie bien définie et complémentaire du spectre solaire, et sont connectées en série par des jonctions tunnel. La fabrication de cellules solaires tandem InGaP/GaAs d’énergies de bande interdite (band gap) 1,87 eV/1,42 eV accordées en maille sur substrat GaAs est bien maîtrisée, et de très hauts rendements peuvent être obtenus en ajoutant une ou deux sous-cellules de plus petit « gap » (1 eV et 0,7 eV). Pour cela, les matériaux « petits gaps » fabriqués par Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM) doivent être développés ainsi que des jonctions tunnel présentant une faible résistivité électrique, une haute transparence optique et de bonnes propriétés structurales.

La croissance EJM et la modélisation de jonctions tunnel GaAs nous a permis d’identifier le mécanisme d’effet tunnel interbande plutôt que le mécanisme d’effet tunnel assisté par les défauts comme mécanisme dominant du transport dans ces structures. Nous avons exploité l’hétérostructure de type II fondée sur le système GaAsSb/InGaAs pour favoriser ce mécanisme d’effet tunnel interbande, et donc obtenir des jonctions tunnel de très faible résistivité tout en limitant la dégradation des propriétés optiques et structurales des composants inhérente à l’utilisation de matériaux « petits gaps »et désaccordés en maille GaAsSb et InGaAs.

De plus, nous avons conçu une structure innovante d’hétérojonction tunnel de type II AlGaInAs/AlGaAsSb sous la forme de tampon graduel pour l’incorporation d’une sous-cellule métamorphique à 1 eV. Plusieurs candidats pour le matériau absorbeur à 1 eV à base de nitrure dilué InGaAsN(Bi) ont alors été développés et caractérisés, le contrôle de l’accord de maille étant assuré par un suivi en temps réel de la courbure de l’échantillon pendant la

croissance EJM.

Des premières cellules solaires III-V à base de GaAs, de nitrure dilué à 1 eV et de GaInAs métamorphique ont été fabriquées afin de valider les architectures développées de jonctions tunnel. Ce travail a permis de démontrer le potentiel de l’hétérostructure de type II GaAsSb/InGaAs pour répondre aux principaux défis de conception et de fabrication des cellules solaires multi-jonction sur substrat GaAs, que ce soit au niveau de la jonction tunnel ou au niveau de l’incorporation des sous-cellules de gap 1 eV.

Texte intégral

Consultez l'intégralité de la thèse :

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02016465v2

Mots Clés

photovoltaïque, épitaxie, cellules solaires multi-jonction, semiconducteurs III-V, jonction tunnel.

Publications

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Communications

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