Elaboration et caractérisation de couches de SiOxNy:H et SiNx: réalisés par méthode PECVD : application à la face arrière des cellules photovoltaïques en silicium

par Julien Dupuis

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies

Sous la direction de Mustapha Lemiti et de Erwann Fourmond.

Soutenue en 2009

à Lyon, INSA , en partenariat avec INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (autre partenaire) .


  • Résumé

    Depuis une dizaine d'années, le dépôt d'une couche antireflet en nitrure de silicium hydrogéné SiNx:H par méthode plasma (PECVD) constitue un moyen efficace et peu coûteux d'assurer une faible réflectivité et une bonne passivation des cellules photovoltaïques en silicium. Ce travail de thèse s'attache à réaliser et caractériser des couches d'oxynitrure de silicium hydrogéné (SiOxNy:H) par méthode PECVD et à les associer aux couches de SiNx:H. Dans le cadre de la réduction de l'épaisseur des cellules en silicium, l'application de structures combinant ces deux matériaux sur la face arrière des cellules est une voie envisagée pour améliorer leurs propriétés de passivation et de réflexion et donc leur rendement de conversion. Tout d'abord, les dépôts de SiOxNy:H ont été caractérisés optiquement, structuralement et électriquement. Les résultats montrent que l'ordre local de la matrice de SiOxNy:H est fortement dépendant de la teneur en oxygène de la couche. La caractérisation structurale des couches de SiOxNy:H soumises à un recuit thermique, indique qu'une partie de l'hydrogène se trouve faiblement liée à la matrice. Enfin, les propriétés électriques de SiOxNy:H mettent en évidence des résultats de passivation comparables à ceux du SiNx:H en l'absence d'azote dans la couche (SiOx:H). Les études précédentes sont complétées avec des mesures de passivation d'empilements réalisés à partir des couches de SiOxNy:H et SiNx:H. Les meilleures structures sont appliquées sur la face arrière de cellules en silicium multicristallin. Les résultats électriques obtenus sont meilleurs pour des empilements épais. Cependant, la tension de circuit ouvert et le facteur de forme restent modérés à cause de la présence de courants de fuite sur l'ensemble des cellules et de la formation de cavités sous les contacts arrière. Le laser et le type de métallisation utilisés sont identifiés comme étant responsables de ces deux phénomènes.

  • Titre traduit

    = Elaboration and characterization of PECVD SiOxNy :H and SiNx :H films : application to the rear side of silicon solar cells


  • Résumé

    Over the past ten years, PECVD silicon nitride (SiNx :H) layers have been considered as an efficient and cheap material to minimise the silicon solar cell reflectivity and to ensure an excellent passivation. In this work, PECVD silicon oxynitride (SiOxNy :H) layers are investigated in combination with PECVD SiNx :H films in stack structures. The objective is to apply these structures on the rear side of the solar cells in order to improve their passivation, their reflection properties, and thus, their efficiency. Firstly, the optical, structural and electrical properties of the SiOxNy :H films are investigated. It is found that the SiON matrix order depends significantly on the oxygen concentration. The presence of weak hydrogen bonds is also brought to light by annealing the SiON layers. Finally, SiOx :H layer is found to be able to ensure a surface passivation effect nearly as good as the SiNx :H films. Passivation characterizations are made on stacks based on SiOxNy :H and SiNx :H films to complete the previous study. The most promising structures are applied on multicrystalline silicon solar cells rear side. Cells with thick dielectrics stacks are found to have better efficiencies. However, their open circuit voltages and fill factors remain moderate due to parasitic shuntings and the formation of cavities underneath the rear contacts. The laser and the type of metallization used are identified as the main contributing factors to these phenomena.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 139-149. Publications de l'auteur p. 159-160

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(3462)
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