Rôle du carbone et de l’oxygène sur les phénomènes de dégradation dans le silicium destiné aux applications photovoltaïques

par Virginie Mong-The Yen

Thèse de doctorat en Micro et Nanoélectronique

Sous la direction de Olivier Palais et de Damien Barakel.

Le président du jury était Anne Kaminski-Cachopo.

Le jury était composé de Sébastien Dubois.

Les rapporteurs étaient Erwann Fourmond, Yves Delannoy.


  • Résumé

    La dégradation induite par éclairement (Light Induced Degradation : LID), s'exprimant par la perte de qualités électriques, est devenu un problème récurrent dans les modules photovoltaïques de silicium de qualité métallurgique (compensé en dopants). Compte tenu des nombreuses impuretés présentes dans ce matériau, la compréhension des mécanismes mis en jeu est très complexe et reste incomplète. Pour cette raison, les seuls mécanismes identifiés à ce jour sont liées à l'action de complexes BO2i. Les travaux réalisés durant cette thèse sur différentes qualités de plaquettes de silicium de type p, ont mis en évidence la participation d'une autre réaction, activée thermiquement à 0.68 eV. D'après nos résultats cette réaction, associée aux complexes CiOi, n'est pas systématique. Elle semble agir si les échantillons ont une concentration en carbone substitutionnel supérieure ou égale à celle du dopage net et s'ils sont soumis à des températures T ≥ 50°C. Cette réaction, intervenant dans la LID, est donc indépendante du degré de compensation du matériau. Nous avons également mis en évidence un phénomène de dégradation à l'obscurité (DID : Degradation In Dark), conduisant à des pertes électriques analogues à celles obtenues par la LID. Cette DID, apparaissant uniquement par chauffe, semble faire intervenir des réactions similaires à celles de la LID. Son étude permet de supposer que des impuretés primaires (lacunes, auto-interstitiel) participent également à ces phénomènes.


  • Résumé

    Light induced degradation (LID), leading to a deterioration of electrical properties, has become a recurring problem in photovoltaic modules based on metallurgical grade silicon. Due to the many impurities present in the material (compensated by dopants), the mechanisms involved in this phenomenon are very complex and not very well understood. For this reason, the only reactions identified are related to the action of BO2i complexes.Works carried out during this thesis on different grades of p-type silicon wafers have highlighted the involvement of another thermally activated reaction at 0.68 eV. According to our results, this reaction, associated with CiOi complexes, is not systematic. It seems to act if the samples have a substitutional carbon concentration greater than or equal to the net doping and if they are subjected to temperatures T ≥ 50° C. We also highlighted the emergence of a phenomenon of degradation in the dark (DID), leading to similar electrical losses to those obtained by LID. This DID, appearing only by heating, seems to involve similar reactions to LID. Its study allows us to assume that the primary impurities (vacancies, self-interstitials) are also involved in these phenomena.

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