Caractérisation des propriétés structurales et de transport dans les semi-conducteurs PV par analyse de luminescence

par Daniel Ory

Projet de thèse en Chimie Physique

Sous la direction de Frédérique Donsanti et de Laurent Lombez.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) , en partenariat avec IRDEP - Institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque (laboratoire) et de École nationale supérieure de chimie (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-01-2017 .


  • Résumé

    L’IRDEP a pour objectif la recherche de dispositifs photovoltaïques innovants en particulier pour la technologie couches minces CIGS, mais aussi des dispositifs de troisième génération, comme les « Hot Carrier Solar Cells ». EDF est partenaire de l’IRDEP comme de l’IPVF, et possède par l’intermédiaire d’EDF EN la société Photowatt, producteur de wafers et panneaux solaires photovoltaïques silicium. La recherche de l’IRDEP en caractérisation s’est orientée vers l’analyse de signaux optiques, comme la luminescence, qui est devenu son point fort, avec par exemple la maîtrise de la luminescence hyperspectrale [1] (dimensions spatiales et spectrales) et de la décroissance de luminescence [2] (dimensions spatiales et temporelle). Ces techniques permettent la connaissance de caractéristiques fondamentales telles que le transport des charges, la tension interne du dispositif et la répartition spatiales des défauts électroniques. En effet, les dispositifs photovoltaïques sont intrinsèquement inhomogènes à toutes les échelles dimensionnelles et ces hétérogénéités peuvent induire une perte de performance. Ce projet a pour but d’élargir le champ des connaissances des caractéristiques des matériaux photovoltaïques accessibles par l’analyse des signaux de luminescence. Les techniques de polarisation de la lumière excitatrice ou bien émise par le dispositif PV, l’analyse hyperspectrale ou bien l’analyse temporelle font partie des domaines envisagés. Un des objectifs consiste à utiliser comme outil d’analyse structurelle la polarisation du signal de luminescence [3]. Il serait alors par exemple possible d’identifier l’orientation cristalline et la nature des joints de grains et des dislocations. Ce type de caractérisation pourrait trouver sa place dans la mise au point et le suivi de production de matériaux semi-conducteurs en général et photovoltaïque en particulier.

  • Titre traduit

    Characterization of photovoltaic semi-conductors by analysis of luminescence


  • Résumé

    The aim of the IRDEP is to produce innovative research in photovoltaic devices, in particular for CIGS thin film technology, but also third-generation devices such as the "Hot Carrier Solar Cells". EDF is a partner of IRDEP and IPVF, and also Photowatt, a producer of wafers and photovoltaic silicon solar panels, as a subsidiary of EDF. IRDEP's research in characterization has focused on the analysis of optical signals, such as luminescence, which has become its strong point, with for example the control of hyperspectral luminescence (spatial and spectral dimensions) and of luminescence decay (spatial and temporal dimensions). These techniques allow the knowledge of fundamental characteristics such as the transport properties of carriers, the internal voltage of the device and the spatial distribution of the electronic defects. Indeed, photovoltaic devices are intrinsically inhomogeneous at all dimensional scales and these heterogeneities can induce a loss of performance. This project aims to broaden the scope of the knowledge of the characteristics of the photovoltaic materials accessible by the analysis of the luminescence signals. Techniques of polarization of the excitatory light or emitted by the PV device, hyperspectral analysis or temporal analysis are among the fields envisaged. One of the objectives is to use as a structural analysis tool the polarization of the luminescence signal. It was then possible to identify the crystal orientation and the nature of the grain boundaries and dislocations. This type of characterization could help in the development and monitoring of the production of semiconductor materials in general and photovoltaics in particular.