Physique

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et

Analyse de la neutralisation du dopant dans le silicium parl’hydrogène pour une corrélation avec la tension en circuit ouvertmesurée sur des cellules photovoltaïques.

BELFENACHE Djamel Eddine (2019)
Thèse de doctorat

La motivation des recherches entreprises dans cette thèse vise à renforcer les potentialités qu’offrent les films de polysilicium (poly-Si) en couches minces pour des applications photovoltaïques. Pour ce faire, il était d’une importance primordiale de passiver avec l’hydrogène les défauts inter – et intra – grains du poly-Si. Cependant, l’amélioration des propriétés électriques de ces films est accompagnée par une neutralisation des atomes dopants suite à la formation des complexes dopant-hydrogène. En outre, la concentration active du dopant est un paramètre crucial qui peut affecter les propriétés électroniques des dispositifs conçus à base de silicium. Ainsi, l’objectif principal de notre travail est d’analyser la neutralisation du dopant dans le monosilicium par l’hydrogène pour une éventuelle corrélation avec la passivation des défauts dans le poly-Si. En conséquence, des films de silicium monocristallin obtenus par la technique de fusion de zone et dopé uniformément au phosphore ou au bore ont été utilisés pour élaborer respectivement des diodes Schottky ou des jonctions n+p. Ces dernières ont été employées pour explorer la neutralisation des dopants par l’hydrogène en revanche le suivi de l’évolution de la tension en circuit-ouvert mesurée sur des cellules photovoltaïques n+pp+ à base du silicium polycristallin a été dédiée pour l’examen de la passivation des défauts inter – et intra – grains. Par ailleurs, les traitements d’hydrogénation ont été réalisés dans un réacteur Roth & Rau de PECVD du laboratoire ICUBE (ex. INESS) de Strasbourg (France) qui permet de créer des plasmas à décharge micro-onde assistée par la résonance cyclotronique électronique. L’analyse des résultats obtenus montrent que l’introduction de l’hydrogène dans le silicium cause une neutralisation du phosphore et peut même former des molécules de H2. Proche de la surface de silicium, les molécules d’hydrogène forment des platelets et par la suite la diffusion de l’hydrogène en volume s’affaiblit tandis qu’une hydrogénation excessive donne lieu à de nouveau défauts qui dégradent les propriétés électriques en particulier la tension en circuit-ouvert. Egalement, l’hydrogène neutralise le bore dans les jonctions n+p et provoque un gradient de concentration entre la limite de la zone de charge d’espace (ZCE) et la profondeur de la région p. En conséquence, nous avons admis l’existence d’un champ électrique qui encourage une diffusion profonde des atomes d’hydrogène en volume de la région p. A ce stade, un mécanisme de diffusion et de passivation des défauts dans les cellules photovoltaïques n+pp+ en polysilicium a été proposé. Aussi, il a été constaté que la désactivation du dopant s’effectue dans une région électriquement neutre qui agit comme une couche tampons résistive à faible mobilité près de la surface de l’émetteur n+ et proche de la jonction, ce qui entraîne une réduction du nombre de porteurs de charge recombiné à la surface avant et aux bords de la cellule photovoltaïque. C’est pourquoi, la tension en circuit-ouvert s’améliore au fur et à mesure que la concentration du dopant inactif augmente dans les cellules solaires à base du silicium polycristallin. Voir les détails

Mots clés : passivation, plasma, Cellules photovoltaïques, Hydrogénation

LES PROPRIETES OPTIQUES ET ELECTRIQUES DES COUCHES MINCES DE ZnO DEPOSEES PAR PULVERISATION CATHODIQUE A BASSE PRESSION.

A. Boughelout, A. Bensouilah, L. CHABANE, N. ZEBBAR, A. HAMMOUDA et M. KECHOUANE.  (2014)
Article de conférence

Les propriétés des couches minces de l’oxyde de zinc (ZnO) (optiques, électriques) déposées par pulvérisation (DC) dépendent fortement des conditions de dépôt comme la composition de phase du gaz, les conditions de plasma et la température de dépôt. Des couches minces de ZnO ont été déposées par pulvérisation (DC) d'une cible métallique de Zinc en utilisant un plasma d’un mélange de gaz (argon, oxygène) avec une pressions totale ne dépasse pas 1 mbar et à une température de 100 ° C. Ces couches sont caractérisées par la transmission optique UV visible, mesures de conductivité électrique, mesures Raman. Les mesures de transmission optique des couches montrent que la transmission optique est très élevée (facteur de transmission) dans la gamme de longueurs d’ondes située entre 400nm et 2500 nm et elle variée en fonction des conditions d’élaboration comme est présenté sur la figure 2a. Les mesures électriques I-V et I-T mettent en évidence l’effet de la pression dans la chambre de dépôt sur la conductivité et l’énergie d’activation des couches élaborées. Voir les détails

Mots clés : pulvérisation réactive, oxyde de zinc, propriétés optiques, caractérisation structurale, conductivité électrique.

ELABORATION AND CHARACTERIZATION OF ZnO THIN FILMS DEPOSITED BY DC SPUTTERING AT LOW PRESSURE AND LOW TEMPERATURE:APPLICATION TO PHOTOVOLTAIC AND GAS SENSOR

A. Boughelout, A. Bensouilah, L. CHABANE, N. ZEBBAR, A. HAMMOUDA et M. KECHOUANE.  (2014)
Article de conférence

DC reactive sputtering was used to deposit Zinc oxide (ZnO) films onto corning glass and crystalline silicon substrates at both room temperature and 100°C with an argon/oxygen mixture at sputtering pressure varying from 10 to 70 Pa. The dependence of films properties including structure, microstructure as well as optical on deposition parameters (deposition temperature and sputtering pressure) are investigated. The ZnO thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), optical transmission, electrical conductivity measurements. All ZnO films exhibit an intensive (002) XRD peak, indicating that the films are highly texturized along the c-axis perpendicular to the substrate surface. It is found that the nature of the annealing atmosphere has a great influence on the ZnO film composition. Furthermore, thermal annealing at 300°C have the effects of narrowing the diffraction peak and shifting the (002) peaks to higher 2θ angles, which indicates that grain growth has occurred. The transmission measurements have shown that all films exhibit high transmittance in the 400–2500 nm range. Post-deposition annealing influences the morphological, optical and electrical properties of ZnO films. A very large increase in electrical conductivity, up to nine orders of magnitude, was observed in as-grown ZnO films upon vacuum-annealing at 300°C for one hour, reaching as high as 10 ?-1.cm-1. Voir les détails

Mots clés : reactive sputtering, transparent conducting zinc oxide, optical properties, structural characterization, electrical conductivity.

L’influence de la pression des gazes dans un plasma de la pulvérisant cathodique DC sur les propriétés des couches minces de ZnO.

A. Boughelout, A. Bensouilah, L. CHABANE, N. ZEBBAR, A. HAMMOUDA et M. KECHOUANE.  (2013)
Article de conférence

Des couches minces de ZnO ont été déposées par pulvérisation (DC) d'une cible métallique de Zinc, en utilisant un plasma d’un mélange de gaz (argon, oxygène) avec des pressions variantes de l’Oxygène et à une température de 100 °C. Ces couches sont caractérisées par la transmission optique UV visible et les mesures de conductivité électrique. Les mesures de transmission optique des couches montrent que la transmission optique est très élevée (facteur de transmission) dans la gamme de longueurs d’ondes située entre 400 nm et 2500 nm et elle variée en fonction de la pression d’oxygène. Les mesures électriques I-V et I-T mettent en évidence l’effet de la pression d’oxygène dans le plasma sur la conductivité et l’énergie d’activation des couches élaborées. Voir les détails

Mots clés : pulvérisation réactive, oxyde de zinc, propriétés optiques, caractérisation structurale, conductivité électrique.

Analytical Modeling of Dual-Junction Tandem Solar Cells Based on an InGaP/GaAs Heterojunction Stacked on a Ge Substrate

F. Bouzid, F. Pezzimenti, L. Dehimi, F.G. Della Corte, M. HADJAB, and A. HADJ LARBI  (2019)
Publication

An analytical model is used to describe the electrical characteristics of a dual?junction tandem solar cell performing with a conversion efficiency of 32.56%under air mass 1.5 global (AM1.5G) spectrum. The tandem structure consistsof a thin heterojunction top cell made of indium gallium phosphide (InGaP) ongallium arsenide (GaAs), mechanically stacked on a relatively thick germa?nium (Ge) substrate, which acts as bottom cell. In order to obtain the bestperformance of such a structure, we simulate for both the upper and lowersub-cell the current density–voltage, power density–voltage, and spectral re?sponse behaviors, taking into account the doping-dependent transportparameters and a wide range of minority carrier surface recombinationvelocities. For the proposed tandem cell, our calculations predict optimalphotovoltaic parameters, namely the short-circuit current density (Jsc), open?circuit voltage (Voc), maximum power density (Pmax), and fill factor (FF) areJsc = 28.25 mA/cm2, Voc = 1.24 V, Pmax = 31.64 mW/cm2, and FF = 89.95%,respectively. The present study could prove useful in supporting the design ofhigh efficiency dual junction structures by investigating the role of differentmaterials and physical parameters. Voir les détails

Mots clés : Analytical modeling, tandem solar cell, Spectral response, conversion efficiency

Mechanism for phosphorus deactivation in silicon-based Schottkydiodes submitted to MW-ECR hydrogen plasma

D.BELFENNACHE, D.MADI, N.BRIHI, M.S.Aida, M.A.SAEED  (2018)
Publication

Current work reveals the deactivation mechanism of phosphorus in silicon-based Schottky diodes. Microwave plasma power(P) was fixed at 650 W to observe the variation in different operational parameters of diodes such as initial phosphorusconcentration, flux and hydrogenation temperature (TMWH) and process time (t). The analysis of variation in concentrationof phosphorus by hydrogenation has been carried out by capacitance–voltage (C–V) measurements to monitor the dopingactivation/deactivation. The results clearly show that the atomic species H+H is dominant in the reactors MW-ECR plasma.Therefore, the rates and depth of neutralization were obtained in the low phosphorus-doped silicon sample. The H becomesH0 and prefers an interaction with another H0 instead of gaining an electron to become a negative ion. The hydrogenationtemperature study indicates that the deactivation rate of phosphorus is achieved in a complex manner. Indeed, as the hydrogenationtemperatureincreases,deactivationof phosphorus also increasestill saturationat 250 °C.Athigher temperature,lowor evenno phosphorus–hydrogen complexexistsdue totheirthermaldissociation. The same behaviorwasconfirmedbylonghydrogenation. Voir les détails

Mots clés : MW-ECR plasma, Hydrogenation, phosphorus deactivation, C–V measurement

Synthesis and characterization of nickel nanoparticles supported on aluminum oxide

D.BELFENNACHE, A.Boulegane, D.Lakhdari, N.KAGHOUCHE  (2019)
Article de conférence

Due to their peculiar qualities, metal-based nanostructures have been extensively used in applications such as catalysis, electronics, photography, and information storage, among others. New applications for metals in areas such as photonics, sensing, imaging, and medicine are also being developed. Significantly, most of these applications require the use of metals in the form of nanostructures with specific controlled properties. The properties of nanoscale metals are determined by a set of physical parameters that include size, shape, composition, and structure. In recent years, many research fields have focused on the synthesis of nanoscale-sized metallic materials with complex shape and composition in order to optimize the optical and electrical response of devices containing metallic nanostructures. In This work, we study nickel nanoparticles supported on aluminum oxide, prepared by impregnation with ionic exchange. In a first stage, the fixing conditions of the nickel precursor on aluminum oxide are optimized. In the second stage, the samples are calcined at temperature (T= 750 °C). Several experimental techniques are used for the characterization of the samples at the various stages of their elaboration (SEM, DRX, and VSM). A change of morphology of the aluminum oxide grains was observed by Scanning Electron Microscope. The X-rays diffraction shows the formations of nanoparticles Al3Ni2 of near size 16.7 nm. The extracted magnetic measurements show the good and the easy magnetization Voir les détails

Mots clés : nanostructures, Ionic exchange, Nickel nanoparticles, calcination

Élaboration par fusion haute fréquence et caractérisation des alliagesAl-Co-Ti.

Nacira SASSANE (2018)
Thèse de doctorat

L’objet de ce travail de thèse est d’étudier l’effet de l’addition du cobalt à l’aluminium pur,pour une teneur en titane constante, sur le comportement microstructural, mécanique,thermique et électrochimique. Ce système d’alliage Al-Co-Ti a été élaboré sous inductionélectromagnétique à haute fréquence et sa caractérisation présente des phases intermétalliquescomplexes telles que Al13Co4, Al9Co2 et Al5Co2. L’addition du cobalt à l’aluminium faitégalement apparaitre une structure quasi cristalline pour les alliages contenant 20%Co et25%Co. Par ailleurs, l’analyse électrochimique montre l’importance de la composition à15%Co par rapport aux autres alliages du point de vue de la tenue à la corrosion. Voir les détails

Mots clés : alliage Al-Co-Ti, élaboration, induction magnétique, microstructure, DRX, dureté, corrosion.

Characterization and valorization of steel co-products

L. Tairi, B. Maalem, A. Boudiaf, D. BERDJANE, N. Ziani, H. Meradji, S. Ghemid  (2018)
Article de conférence

The iron industries generate large quantities of slags and mill scale at different scales. We have focused on the physicochemical characterization of slag and battitures from the El Hadjar sideal complex. To evaluate the quality of these co-products, we first used particle size analysis by the laser method followed by density measurements. Finally a microstructural analysis by X-ray diffraction has been completed. Voir les détails

Mots clés : slag, Battitures, valorization, characterization

One-dimensional Parametric Study of Damage Detection in a Solid Material using a Nonlinear Wave Modulation Spectroscopy (NWMS) Technique.

N. HOUHAT, T. Boutkedjirt, V. Tournat  (2016)
Publication

Nonlinear Wave Modulation Spectroscopy (NWMS) is one of the most powerful techniques used to detect damage in materials. It consists in simultaneously applying two continuous waves with different frequencies, the one high, f2, and the other low, f1. When the material is damaged, the frequency spectrum exhibits harmonics and sidebands which are located at (f2 + f1) and (f2 - f1). This paper presents a parametric simulation study of the nonlinear propagation of elastic waves in solid media, which can be represented by a one dimensional mass-spring system. The system of motion equations is resolved by a fourth order Runge-Kutta iterative method. A quadratic nonlinearity can be introduced locally in the system at any spring. The objective of the paper is to highlight the ability of the nonlinear acoustic methods, especially the NWMS (Nonlinear Wave Modulation Spectroscopy), to detect damages in solid material. The study of the evolution of the sidebands amplitude, according to the low frequency of the wave (pump wave), f1, in cracked and intact material will be presented. It is shown that this amplitude reaches a maximum when the pump frequency corresponds to a resonance frequency of the system. In addition, the study shows the strong dependency of the resulting frequency spectrum of the received signal upon the nonlinearity magnitude as well as the rigidity of the simulating crack spring. Voir les détails

Mots clés : Nonlinear Modulation Spectroscopy, Damage detection, nonlinear wave propagation simulation