Etude de la croissance cristalline du silicium polycristallin en ruban destine à la fabrication des photopiles

par Allaoua Chibani

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux et des Surfaces

Sous la direction de Robert Gauthier.

Soutenue en 1990

à Lyon, INSA , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .


  • Résumé

    Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'évolution de la méthode dite E. P. R (Electron Poudre Ruban) qui utilise une ligne de fusion pour l'élaboration des rubans de silicium polycristallin, destinés à la fabrication des cellules solaires. Il est donc nécessaire qu'un suivi de caractérisation accompagne l'élaboration pour obtenir des substrats de bonne qualité mécanique et électrique. Les conditions de croissance de ces rubans conduisent à des structures de grains et de joints de grains présentant un taux de défauts plus ou moins élevé; la qualité cristalline apparaît décroissante du centre vers le bord des rubans; les défauts intra granulaires sont constitués de dislocations et de micro macles: la densité de dislocations varie de 10+4 à 1()+7 /cm2; les défauts inter granulaires sont les plus souvent des dislocations et des défauts d'empilement. L'étude de texture faite par diffraction X, pour déterminer les orientations cristallographiques des grains dans les rubans E. P. R, montre que la méthode de tirage induit une cristallisation non isotrope dès le premier passage de la zone fondue. Sur les pré-rubans, les orientations (110) et (331) apparaissent majoritaires, ce qui se confirme après le second passage de la zone fondue. Cette analyse complétée par une étude ECP sur les grains de plus grandes dimensions montre pour ces derniers une dominance d'orientation (111). L'utilisation d'un germe initial de croissance de taille (111) favorise donc le grossissement des grains possédant cette orientation tout en augmentant leur nombre. Les caractérisations cristallographique et électrique respectivement par MET et EBIC-LBIC, montrent que les joints de grains sont en position de macles; les uns au centre, constitués par des interfaces à indices de coïncidence exacts conduisent à une diminution de 25% du photo-courant à leur niveau, les autres sur le bord à indices cristallographiques non définis, sont plus actifs provoquant une diminution de 62% du photo-courant; la vitesse de recombinaison des minoritaires est de l'ordre de 10+4 cm/s. Les analyses SIMS montrent la ségrégation de l'oxygène et du carbone au niveau des joints de grains. La concentration d'oxygène reste comprise entre 10+19 at/cm3 en surface et 10+17 at/cm3 en volume;

  • Titre traduit

    = Study of the polycrystalline silicon ribbon growth used for the solar cell manufacture


  • Résumé

    [This work is relative to the crystallographic structure study of the polycrystalline silicon ribbon elaborated with the EPR method (Electron Powder Ribbon). The growth condition lead to grain and grain boundaries structure showing a hight defect density; the intra granular defect are constituted by a dislocation and micro-twins and the the dislocation density is between 10exp4 and 10 exp7/cm². The inter granular defects are mostly dislocations and stacking faults. The grain crystallographic orientations analysis by X diffraction show that the EPR pulling method induces a non isotropic crystallization and some majority orientations appear such as 110 and 331. Moreover, a study by ECP method relatively to the more large grains indicates a majority (111) orientation. A (111) starting growth seed promotes this last orientation. The crystallographic and electrical characterisation respectively by MET and EBIC-LBIC methods indicate that the grain boundaries appear frequently as twins. The middle one constituted by interfaces with exact coincidence index lead to a 25 % reduction of the photocurrent; the other one, near the sample side with no defined index show a high electrical activity which reduces the photocurrent to 52 %. The recombination velocity of the minority carriers is of the order of 10exp4 cm/s and the diffusion length between 18 and 35 m. Lastly, the SIMS analysis show high concentrations of carbon and oxygen atoms, respectively of 10exp7 and 10exp18 at/cm3. ]

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Informations

  • Détails : 1 vol. (151 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1279)
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