Développement d’une technique innovante pour le dépôt en continu de couches minces pour cellules photovoltaïques : couches antireflets et passivantes sur cellule silicium

par Julien Vallade

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Françoise Massines.

Soutenue en 2013

à Perpignan , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement (Perpignan) .


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse est de proposer une rupture technologique pour augmenter la vitesse de production des cellules photovoltaïques en remplaçant les procédés plasma sous vide par des procédés à la pression atmosphérique adaptés pour un traitement, au défilé, des cellules solaires. Pour montrer la faisabilité de couches minces de qualité pour des applications solaires en continu par AP-PECVD, nous avons opté pour le dépôt de SiNx:H, antireflet et passivant des cellules photovoltaïques silicium de type P. Cette couche doit avoir une composition chimique bien définie pour ne pas absorber la lumière pour un indice de réfraction de 2,1, valeur requise pour la fonction antireflet tout en contenant suffisamment d’hydrogène pour passiver les défauts électroniques de surface et de volume du silicium suite au recuit des contacts. Le réacteur a tout d'abord dû être optimisé pour obtenir des couches denses. Il a été montré qu’il fallait éviter toutes les recirculations de gaz contenant des résidus de précurseurs dans la zone où passe le substrat pendant le dépôt pour éliminer toutes les nanoporosités. L’élargissement des électrodes a permis d’obtenir un indice moyen de 2,1 avec un coefficient d’extinction nul. Néanmoins, la composition chimique des couches n’étant pas homogène selon l’axe de croissance, une méthode de mesure de la composition chimique du plasma a été mise en place. La décroissance de la concentration en SiH4 a été mesurée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier avec une résolution spatiale de 2 mm. Ces résultats obtenus ont été corrélés à l’absorption IR des couches de SiNx:H. La comparaison des profils de composition chimique et de durée de vie des porteurs minoritaires a montré que dans l’état après le dépôt, la durée de vie est maximum dans les zones où la couche est riche en SiH. Le recuit des échantillons à 800°C augmente la durée de vie dont le profil se superpose à la quantité de liaisons SiN. La modulation de l’excitation électrique a permis d’obtenir (après recuit) des valeurs de durée de vie tout à fait remarquables (≈ 1 ms) sur des wafers de silicium cristallin de type N.

  • Titre traduit

    Development of an innovative technique for in-line deposition of thin films for photovoltaic cells: antireflective and passivating layers on silicon cell by plasma deposition at atmospheric pressure


  • Résumé

    The aim of this study is to propose a technological breakthrough to increase solar cells production speed by replacing the low pressure plasma processes by an atmospheric pressure process suitable for in line treatment. To demonstrate the feasibility of good quality thin film available for solar applications by AP-PECVD , we opted for the deposition of SiNx:H antireflection and passivating photovoltaic cells P-type silicon. This layer must have a well-defined chemistry to avoid light absorption for a refractive index of 2. 1; the value required for anti-reflective properties while containing sufficient hydrogen to passivate electronic defects over the surface and in volume of the silicon after the annealing of contacts. First, the reactor was optimized to realize dense layers. It was necessary to avoid any gas recirculation containing residues of precursors in the area where the substrate passes during deposition to eliminate all nanoporosity. Extending electrodes yielded an average index of 2. 1 with a zero extinction coefficient. However, as layers' chemical compositions are not uniform along the growth axis, a method for measuring the plasma chemical composition was developed. The decrease in the concentration of SiH4 was measured by Fourier transform infrared spectroscopy with a 2 mm spatial resolution. These results were correlated with the IR absorption layers of SiNx:H. Comparison of chemistry profiles and minority carriers lifetime has shown that after deposition, lifetime is maximum in areas where the layer is rich in SiH. 800°C samples annealing increases the lifetime leading to a superposition off the profile over the SiN bonds one. Electrical Modulation of the excitation led to (after annealing) lifetime values quite remarkable ( ≈ 1 ms) on N-type crystalline silicon wafers.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (231 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 219-230

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  • Bibliothèque : Université Perpignan Via Domitia. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2013 VAL
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