Elaboration du silicium photovoltaique par plasma thermique. Role de l'hydrogene atomique sur la purification en oxygene et la passivation des defauts

par ISABELLE CAZARD-JUVERNAT

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Jacques Amouroux.

Soutenue en 1996

à Paris 6 .

mots clés

Résumé

Ce travail s'inscrit dans un effort de reduction du cout des systemes photovoltaiques et d'augmentation du rendement de conversion du silicium multicristallin utilise pour l'elaboration des photopiles. L'outil utilise au laboratoire (8 et 25 kw) est un procede de purification par plasma thermique inductif, dont les proprietes physicochimiques specifiques (haute temperature 9 000 k, vitesse de 25 m/s, fortes viscosites et conductivite thermique, haute reactivite du flux d'hydrogene radicalaire 10#2#0 at/s) permettent des transferts de matiere et de chaleur tres efficaces entre le plasma et un barreau de silicium. Il conduit ainsi a la fois a la tres haute purete du materiau et a la passivation des defauts cristallins, en faisant intervenir en particulier l'hydrogene atomique du plasma. Toutefois, les conditions thermiques de cristallisation du procede conduisent a la formation de defauts (joints de grains et macles), et en particulier a une forte densite de dislocations (n#d#i#s = 10#6#-#7 dis/cm#2). L'utilisation de plusieurs methodes de caracterisation (spectroscopie d'emission, sims, irft a 6k, resistivite 4 pointes, erda, exodiffusion, naa, icp, meb, rx (laue), microscopie optique) ont permis de demontre la reactivite de l'hydrogene radicalaire d'un plasma ar + 1% h#2 avec l'oxygene contenu dans le silicium de qualite electronique ou photovoltaique. La purification importante, notamment en 0 (97%: 3. 10#1#710#1#6 at/cm#3) et c (70%: 7. 10#1#72. 10#1#7 at/cm#3) s'accompagne d'une passivation des defauts cristallins par l'hydrogene radicalaire du plasma (2. 10#1#5 at/cm#3). La liaison etablie resiste a une forte montee en temperature (1 000 k). Ainsi les fortes longueurs de diffusion locales (250 m) confirment l'amelioration de la purete du materiau en elements metalliques et metalloidiques (o, c) et la cicatrisation des defauts cristallins par l'hydrogene atomique du plasma. Le transfert technologique sur site industriel (100 kw) et les premiers essais sur la purification confirment l'efficacite du plasma ar + h#2 puisque le rendement de conversion photovoltaique augmente de 12,5% a 14%

Titre traduit

Photovoltaic silicon elaboration by thermal plasma. Role of atomic hydrogen on oxygen purification and defects passivation

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