Réalisation par épitaxie en phase liquide de couches de silicium sur substrats économiques pour applications photovoltaïques

par Nurlaela Rauf

Thèse de doctorat en Dispositif de l'électronique intégrée

Sous la direction de André Laugier.

Soutenue en 1998

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

Le jury était composé de André Laugier, Yves Marfaing, Abdelilah Slaoui, Pierre Pinard, Gilbert Fantozzi, Anne Kaminski-Cachopo, Antoine Diet, Dominique Sarti.

Les rapporteurs étaient Yves Marfaing, Abdelilah Slaoui.

mots clés

• Systèmes photovoltaïques
• Silicium
• Épitaxie

Résumé

L'objectif de ce mémoire est de démontrer que des cellules solaires basées sur des couches minces de silicium peuvent être produites sur des substrats céramiques à faible coût. L'épitaxie liquide permet de réaliser des couches de bonne qualité de façon rapide et économique. Dans les deux premières parties du travail cette méthode est décrite et adaptée à la réalisation de couches silicium d'épaisseur de quelques dizaines de microns. Les solvants (Ga0,9Al0,1 et Sn) sont sélectionnés avec une température de croissance inférieure à 900 °c. Afin de valider la méthode pour les applications photovoltaïques les premiers substrats choisis sont des plaquettes de silicium monocristallin. Les couches sont caractérisées électriquement (résistivité, longueur de diffusion des porteurs minoritaires et mobilité de conduction) et il montré que leur propriétés sont suffisantes pour des applications photovoltaïques. Après notre étude est étendu au cas des céramique : (i) SiAlON (fabriqué par ECN), et (ii) céramique d'alumine (fabriqué par GEMPPM). Dans ce travail, il apparaît qu'il est nécessaire de revêtir les substrats d'une couche mince de silicium par CVD afin de résoudre les problèmes de nucléation.

Titre traduit

= Realization by liquid phase epitaxy of silicon layer on economical substrate for applications photovoltaic’s

Résumé

The objective is demonstrating that some solar cells based on thin layer of silicon can be produced on a low cost ceramic substrate. The epitaxy phase liquid allows achieving the layer of good quality and economical way. In the first two parts of work this method is described and adapted to the realization of silicon layer of thickness of some ten of microns. The solvent (Ga0,9Al0,1 and Sn) is selected with a growth temperature smaller than 900 °C. In order to validate the method for the applications photovoltaics, the single-crystalline silicon substrate are chosen the first one. The layer are characterized (resistivity, minority carriers diffusion lengths, et mobility of conduction) and it shown that their properties are sufficient for some applications photovoltaic’s. Than our investigated to the case of the ceramics substrate: (i) SiAlON (made by ECN), and (ii) alumina (made by GEMPPM). In this work, it appears that it is necessary to clothe the ceramic substrate by a thin film of silicon by CVD in order to solve the problems of nucleation.