Procédés de dopage et de recuit laser pour la réalisation de cellules photovoltaïques au silicium cristallin

par Bertrand Paviet-Salomon

Thèse de doctorat en Physique et technologie des composants

Sous la direction de Abdelilah Slaoui.

Le président du jury était Daniel Mathiot.

Le jury était composé de Samuel Gall, Thierry Emeraud.

Les rapporteurs étaient Mustapha Lemiti, Denis Mencaraglia.


  • Résumé

    Cette thèse se propose d’étudier les procédés de dopage et de recuit laser comme outils permettant la réalisation de cellules photovoltaïques au silicium cristallin. Des émetteurs dopés ou recuits par laser sont tout d’abord réalisés à l’aide de trois lasers et de différentes sources dopantes. Les lasers utilisés sont un laser vert nanoseconde, un laser excimère et un laser ultraviolet à haute cadence. Comme sources dopantes nous avons utilisé le verre de phosphore, des couches de nitrures de silicium dopées au bore ou au phosphore, ou encore des implantations ioniques de bore ou de phosphore. Des dopages très efficaces sont obtenus avec chaque couple laser/source dopante. En particulier, de faibles valeurs de résistances carrées et de densités de courant de saturation sont obtenues. Ces procédés laser sont ensuite appliqués à la réalisation de cellules à émetteur sélectif et à champ arrière au bore. Les cellules à émetteur sélectif dopé par laser (en utilisant le verre de phosphore comme source dopante) atteignent un rendement de 18,3 %, ce qui représente un gain total de 0,6 %abs comparé aux cellules standard à émetteur homogène. Les cellules à champ arrière au bore recuit par laser (à partir d’une implantation ionique de bore) montrent quant à elles un gain de 0,3 %abs par rapport aux cellules à champ arrière à l’aluminium, offrant ainsi un rendement de 16,7 %.

  • Titre traduit

    Laser doping and laser annealing for crystalline silicon solar cells processing


  • Résumé

    This study aims at investigating laser doping and laser annealing for crystalline silicon solar cells processing. Laser-processed emitters are firstly realized using three lasers and different dopants sources. The lasers are a nanosecond green laser, an excimer laser and a high-frequency ultraviolet laser. As dopants sources we used either phosphosilicate glass, phosphorus and boron-doped silicon nitrides, or phosphorus and boron ion implantation. Efficient phosphorus and boron doping are obtained using any of these laser/sources couple. In particular, low sheet resistances and low emitter saturation current densities are obtained. These laser processes are then applied to selective emitter and boron back-surface-field solar cells. Laser-doped selective emitter solar cells (using phosphosilicate glass as a dopants source) reach 18.3 % efficiency. This represents an overall gain of 0.6 %abs when compared to standard homogeneous emitter. On the other hand, laserannealed boron back-surface-field solar cells (using implanted boron as a dopants source) feature an overall gain of 0.3 %abs when compared to standard aluminium back-surface-field solar cells, thus yielding an efficiency of 16.7 %.


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