Etude des étapes technologiques critiques dans la production des cellules solaires en silicium multicristallin

par Anne Kaminski-Cachopo

Thèse de doctorat en Génie électronique

Sous la direction de André Laugier.

Soutenue en 1997

à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .

mots clés

• Polycristaux
• Thermographie
• Modèles mathématiques

Résumé

Le facteur de forme est l'un des paramètres essentiels des cellules solaires puisqu'il caractérise leur fonctionnement au point de puissance maximale. Ce paramètre dépend de la résistance série, de la résistance parallèle, du courant de la jonction et de la tension en circuit ouvert. Le but de ce travail est d'analyser ces paramètres et de déterminer ceux qui prédominent dans les cellules solaires en silicium multicristallin de grande surface élaborées par Photowatt lnt. S. A. Pour cela nous avons élaboré une caractérisation courant-tension sous obscurité pour des diodes de grandes surfaces et nous avons développé une méthode d'extraction des paramètres à partir de la courbe obtenue. Nous avons aussi adapté et utilisé la thermographie infrarouge pour localiser les zones de court-circuit dans la cellule. Deux types de procédés industriels ont été caractérisés : un procédé standard où la cellule est texturisée à la soude et un procédé en cours de développement où la cellule est texturisée à l'acide. En ce qui concerne les cellules texturisées à la soude, les paramètres qui limitent le facteur de forme sont essentiellement la résistance série mais aussi les recombinaisons en surface et dans le volume de la cellule. Dans ce cas, nous avons modélisé le comportement de la résistance série en fonction des paramètres géométriques et physiques de la cellule et nous avons défini un nouveau schéma pour la grille de métallisation. Nous avons également étudié l'influence de la présence de la jonction à l'arrière de la cellule et du nombre de points de soudure sur les lignes de collecte de la cellule. Par contre, pour les cellules en cours de développement, le paramètre limitatif est la résistance parallèle, cependant une étude comparative entre différents types d'états de surface a montré que cette texturisation permettait d'avoir de meilleures résistances séries.

Titre traduit

= Study of critical technological steps in the production of multicrystalline silicon solar cells

Résumé

The till factor of solar cells depends on series resistance, shunt resistance, diode current and open circuit voltage. The aim of this work was to analyse each of these parameters for large area multicrystalline silicon solar cells and to determine new ways of investigation for the improvement of the fill factor. We have developed two characterization techniques: dark current - voltage setup for large area junctions and infrared thermography adapted to the study of solar cells. Soda and acid texturised solar cells were studied. The limiting parameters for the first ones were series resistance, material quality and front surface recombinations. Series resistance was modelled and a new grid geometry for the front surface was proposed. The contribution to series resistance of each part of the cell was also analysed. Experiments were carried out to verify back contact ohmicity and to improve the number of soldering points. With regard to acid texturised solar cells, a compromise must be found between shunt resistance and successful chemical attack in order to conserve good values of fill factor. It was shown that series resistance depends on surface state : acid texturised solar cells present the lower ones.