Epitaxie et transfert de films minces de silicium pour applications photovoltaïques
par Jed Kraiem
Thèse de doctorat en Matière condensée, surface et interface
Sous la direction de Mustapha Lemiti et de Pierre-Jean Ribeyron.
Soutenue en 2005
à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .
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Résumé
Afin de répondre aux besoins futurs de l'industrie photovoltaïque et d'assurer son développement, une baisse des coûts de production doit intervenir dans les prochaines années. La diminution de la consommation de la matière première silicium représente une solution à ce problème de coût. Cependant cette voie nécessite une rupture technologique avec les procédés d'élaboration de cellules photovoltaïques existants. De l'utilisation de plaques de silicium multicristallin de 300µm d'épaisseur, l'industrie doit s'orienter vers les couches minces de silicium monocristallin (50 micromètres). Le projet SUCCES, soutenu par l'ADEME et la Région Rhône-Alpes, a été initié en collaboration avec le CEA-Genec et a permis de définir une nouvelle filière de production de cellules photovoltaïques en silicium cristallin. Il s'agit de cellules photovoltaïques en couches minces de silicium (30à 50µm) reportées sur substrats économiques (céramique ou verre) réalisant ainsi une notable économie de matériau et de coût. Le but final des travaux de thèse, effectués dans le cadre du projet SUCCES, était de mettre au point un 'procédé de transfert de films minces de silicium monocristallin. Afin d'y parvenir, plusieurs verrous technologiques ont dû être levés : Permettre la fragilisation homogène du substrat sur toute la surface (ɸ=5 cm). Réaliser la croissance de la couche active de silicium par épitaxie (EPL, EPV). Décrochage pleine plaque de la couche épitaxiée. Réutiliser le substrat un maximum de fois tout en limitant sa consommation à chaque cycle. Elaborer des cellules photovoltaïques classiques avec un rendement de 13%. Elaborer des cellules à contacts arrières interdigitées, jamais réalisées jusqu'à présent.
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Titre traduit
= Epitaxy and transfer of thin silicon films for photovoltaic applications
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Résumé
For the future needs of the photovoltaic industry and its development, lower production costs must be made in the coming years. The decrease in the consumption of the raw material silicon is a solution to the problem of cost. However, this route requires a technological breakthrough with the production processes of existing solar cells. Using multicrystalline silicon wafers to 300µm thick, the industry must move towards the thin layers of monocrystalline silicon (50µm). The SUCCESS project supported by ADEME and the Rhône-Alpes Region, has been initiated in collaboration with CEA-GENEC and has set a new production of crystalline silicon solar cells. These photovoltaic cells thin film silicon (50 µm) reported on economic substrates (ceramic or glass) thus achieving a significant saving in material and cost. The ultimate goal of the thesis, conducted under the SUCCESS project was to develop a 'transfer process monocrystalline silicon thin films. To achieve this, several technological obstacles had to be overcome: Allow uniform weakening of the substrate over the entire surface (ɸ = 5 cm). Achieve growth of the active layer of silicon epitaxy (LPE, EPV). Full stall plate of the epitaxial layer. Reuse the substrate as many times while limiting its consumption at each cycle. Develop conventional solar cells with an efficiency of 13%. Develop interdigitated back contact cells, never realized until now. Epitaxy and transfer of thin silicon films for photovoltaic applications.
