Développement de techniques de dépôt plasma et photo assistées pour la réalisation de couches antireflets passivantes en SiNx:H sur silicium multicristallin pour applications photovoltaïques

par Erwann Fourmond

Thèse de doctorat en Matière condensée, surfaces et interfaces

Sous la direction de André Laugier.

Soutenue en 2002

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est d'améliorer les performances des cellules photovoltai͏̈ques en silicium multicristallin en réalisant en une seule opération une couche antireflet efficace, la passivation de la surface et celle en volume du matériau. Le matériau étudié est le silicium multicristallin EMIX e��laboré par tirage continu en creuset froid électromagnétique. Il est développé par EPM - Madylam, et présente un potentiel photovoltai͏̈que intéressant (bonne uniformité et faible pollution du matériau par les impuretés métalliques, vitesse de production assez rapide). Des études précédentes ont montré que les techniques usuelles de "Gettering" (passivation par diffusion du phosphore) utilisées pour améliorer les propriétés de transport du silicium multicristallin sont inopérantes dans le cas du silicium élaboré en creuset froid électromagnétique, alors que la passivation par l'hydrogène reste efficace. La formation du nitrure de silicium (SiNx:H) en surface du matériau fait intervenir des réactifs hydrogénés (SiH4, NH3), et un des produits de la réaction est l'hydrogène (sous forme atomique ou moléculaire). Son coefficient de diffusion élevé lui permet de diffuser en profondeur dans le silicium multicristallin et de jouer un rôle passivant. A l'effet passivant de l'hydrogène contenu dans la couche de nitrure SiNx:H s'ajoute les propriétés optiques de cette couche. L'indice de réfraction des couches peut varier dans une gamme allant de 1. 9 à 2. 4, et son ajustement permet d'optimiser la réflectivité du matériau afin de maximiser l'absorption du rayonnement solaire incident. Le but de cette thèse est donc d'optimiser les paramètres des couches de nitrure déposées afin de maximiser les performances des cellules photovoltai͏̈ques, et d'étudier les mécanismes d'amélioration dus au dépôt de nitrure. Pour les dépôts, les méthodes UCVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par UV) et PECVD (CVD assisté par plasma) sont utilisées. Pour mener à bien les dépôts par PECVD, un réacteur a été conçu et développé, utilisant un plasma micro-ondes.

  • Titre traduit

    Development of Plasma and Photo-Assisted Deposition Techniques for the Deposition of SiNx:H Antireflection Passivating Coatings on Multicrystalline silicon for Photovoltaic Uses


  • Résumé

    The aim of this study is to improve the efficiency of multicrystalline silicon solar cells using one process at a time: antireflection coating deposition, and bulk and surface passivation. We use electromagnetically cold crucible continuous pulling multicrystalline silicon, from EPM-Madylam. This material (EMIX) is suitable for solar cells use: good uniformity, low metal contamination, and high production rate. Previous studies have shown that usual gettering techniques (passivation by phosphorous diffusion) used for standard multicrystalline silicon are not efficient for EMIX. Hydrogen passivation is a solution to improve the electronic quality of the material. The deposition of silicon nitride (SiNx:H) on the surface of the material generates atomic or molecular hydrogen. Its high diffusion coefficient allows a rapid diffusion within the bulk, even at low temperature. Thus, hydrogen interacts with defects and passivates the material. Furthermore, the optical properties of SiNx:H make the layer suitable for antireflection coating, since its refractive index can vary from 1. 9 to 2. 4. Two reactors are used for silicon nitride deposition. Both of them use low temperature techniques: UVCD (UV assisted Chemical Vapour Deposition), and PECVD (Plasma enhanced CVD). A microwave PECVD system has been conceived and realized in this study. Both deposition methods are reviewed. They can be also used as direct hydrogen source for passivation. The effects of the deposited layers on passivation and reflectivity of the material are studied.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(127 p).
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.121-123 + p.127

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2639)
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