Procédés innovants d'élaboration de cellules photovoltaïques silicium haut rendement adaptés aux substrats silicium minces

par Raphaël Cabal

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies

Sous la direction de Anne Kaminski-Cachopo.

Soutenue en 2010

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Cette thèse explore la modification de la structure de face arrière de la cellule standard dans le but d’en améliorer son rendement de conversion. On propose de combiner un contact arrière localisé à une passivation de surface par couche diélectrique, afin de surpasser le standard avec une structure applicable aux substrats minces (≥120µm). Dans cette étude, les cellules sont réalisées à partir de substrats c-Si de type p de 148,6cm². Afin de promouvoir un transfert industriel rapide, une méthode de prise de contact classique (sérigraphie puis recuit firing à travers la couche passivante) est conservée. Deux structures sont envisagées. La première (PERL) conserve une métallisation aluminium, ce qui génère un BSF localisé sous les contacts. La deuxième (PERT) utilise un BSF bore pleine plaque. La modélisation 2D des dispositifs a permis d’associer à chaque structure les couches passivantes adaptées, en fonction de leurs densités de charges surfaciques. Des matériaux SiNx:H et Al2O3 (fortement chargés) ont ainsi été caractérisés et intégrés en face arrière de cellules PERL. Des empilements plus faiblement chargés (oxyde thermique\SiNx:H puis SiCx:H\SiNx:H) ont été développés caractéristés et intégrés sur structure PERT. La limite en Vco de la structure PERL résulte d’une passivation limitée sous et entre les contacts – fruit de dégradations réciproques entre diélectrique et aluminium. La structure PERT est impactée par un faible FF, signe d’une qualité limitée du contact arrière. L’étude et la réduction de ces facteurs limitants, asssociée au développement de briques technologiques innovantes a permis de réaliser des cellules PERL et PERT offrant des gains en rendement significatifs (respectivement +0,4% et +0,6% absolus) par rapport au procédé standard.

  • Titre traduit

    Innovative processes adapted to thin silicon wafers for high efficiency solar cells elaboration


  • Résumé

    This thesis focuses on conventionnal cell efficiency improvement using a modified rear structure. We propose to contact locally the rear side of the cell and to implement dielectric layers to passivate the non-contacted areas, in order to overcome standard cell performances with processes well-suited to thin silicon wafers (≥120µm). In this study, cells are processed using c-Si p-type wafers with a surface of 148. 6cm². To facilitate any further industrial transfer, traditional contacting method (i. E. Screen-printing and firing through dielectric layers) is used. Two structures are considered. The PERL structure involves localized aluminium contact that generates BSF beneath the contacts only. The PERT structure involves a full-sheet boron diffused BSF. Device modelling (2D) helps to determine which dielectric layer was well-suited to either PERL or PERT rear passivation, depending on surface charge density criteria. Highly-charged SiNx:H and Al2O3 layers are studied and used for PERL rear passivation. Lowly-charged stacks (combining thermal SiO2 and SiCx:H with a SiNx:H capping) are designed, evaluated and implemented in PERT structure. Voc limited PERL performance is due to poor passivation (beneath and between rear contacts) resulting from mutual degradation of dielectric and aluminum. FF limited PERT performance is attributed to a restricted rear contact quality. Analysis and reduction of these limiting factors, as well as innovative processing steps developments enabled to elaborate PERL and PERT solar devices providing a significant gain in efficiency (+0. 4% and +0. 6% absolute over standard cells).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (157 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-157

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3647)
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