Influence de la contamination des surfaces sur les performances des cellules solaires photovoltaïques en Silicium cristallin à contacts passives.

par Sarra Laifa

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Sébastien Dubois.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec CEA Bourget du Lac - INES (laboratoire) depuis le 22-10-2018 .


  • Résumé

    Dans la course effrénée qui vise à l'amélioration des rendements de conversion des dispositifs photovoltaïques (PV), les cellules à homojonction en silicium cristallin (c-Si) intégrant des contacts passivés (séparation spatiale de l'électrode métallique du substrat c-Si) à base de silicium poly-cristallin (poly-Si) sur oxyde ultra-mince, permettent d'atteindre des performances records à l'échelle du laboratoire. Leur coût limité de fabrication ainsi que leur utilisation potentielle sur une large gamme de substrats en font une technologie d'avenir. La communauté PV manifeste ainsi un engouement fort pour l'industrialisation de ces nouvelles structures. A l'échelle industrielle, la fabrication de la cellule s'effectue dans un environnement moins contrôlé en matière de propreté, qui favorise la contamination parasite des surfaces des plaquettes, notamment par des éléments métalliques. Cette contamination pourrait fortement dégrader les performances des cellules à contacts passivés. Ainsi il est indispensable, et cela constitue l'objectif de la thèse proposée, d'étudier et de comprendre l'effet des contaminations métalliques surfaciques sur les propriétés des dispositifs PV à contacts passivés. La thèse permettra d'apporter des éléments de réponse quant à l'effet des contaminations surfaciques sur les propriétés de transport et de recombinaison des porteurs de charge au niveau du contact passivé et dans le volume de la plaquette, ainsi que sur les mécanismes de ségrégation et de piégeage des impuretés dans les couches et interfaces constituant la structure de collecte. Les travaux expérimentaux s'appuieront essentiellement sur des contaminations volontaires mono-élémentaires par des impuretés modèles. L'ensemble des données expérimentales associées à des simulations numériques (transport des impuretés, simulation des cellules) permettront alors de définir des seuils de dangerosité pour la plupart des éléments métalliques de la classification périodique.

  • Titre traduit

    Influence of surface contamination on the photovoltaic performances of passivated contacts crystalline silicon solar cells.


  • Résumé

    Recently, silicon solar cells with passivated contacts made of poly-crystalline Si layers (poly-Si) deposited on ultra-thin oxides achieved record photovoltaic (PV) conversion efficiencies at the laboratory level. Furthermore, these high performances do not come at the expense of complicated fabrication processes. In addition these new structures are compatible with low cost substrates. Therefore they show great potential for mass production in the near future. Nevertheless, an industrial environment for the cell fabrication will be less controlled and will induce risks of surface contamination, essentially by metallic impurities. This surface contamination could significantly alter the PV performances. Therefore, the goal of this PhD thesis is to study and understand the influence of surface contamination on the charge carrier transport and recombination properties of PV devices integrating passivated contact structures. Moreover new understanding will be developed about the spatial distribution of metallic impurities within and at the interfaces of the various layers composing these new charge collectors. The experimental studies conducted in the frame of this PhD will be supported by intentional and controlled surface contaminations by model elements, at various stages of the elaboration of the passivated contact structures. The obtained experimental data, combined with numerical simulations (impurity transport, solar cell simulation softwares) will provide information regarding the tolerable surface concentrations for most of the metallic elements of the periodic table.