Elaboration de SiNx:H par PECVD : optimisation des propriétés optiques, passivantes et structurales pour applications photovoltaïques

par Jean-François Lelievre

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Mustapha Lemiti et de Anne Kaminski-Cachopo.

Soutenue en 2007

à Lyon, INSA .

mots clés

• Photopiles
• Nitrure de silicium
• Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

Résumé

Le nitrure de silicium hydrogéné SiNx:H est largement utilisé comme couche antireflet (CAR) et couche de passivation dans la conception de cellules photovoltaïques en silicium. Ce projet de thèse consistait à mettre en place un réacteur PECVD basse fréquence (440 kHz) et de caractériser les couches de SiN obtenues. Après avoir déterminé les paramètres de dépôt optimaux, la structure physico-chimique des couches a été étudiée. Nous avons parallèlement examiné les propriétés optiques dans le but d’améliorer la CAR des cellules photovoltaïques. Nous avons également analysé les propriétés de passivation de surface et de volume induites par la couche de SiN en fonction de sa stœchiométrie, révélant l’excellent pouvoir passivant de notre matériau. Enfin, nous avons étudié les conditions de formation de nanocristaux de silicium (nc-Si) dans la matrice de SiN.

Résumé

Hydrogenated silicon nitride SiNx:H is widely used as anti-reflection coating (ARC) as well as a passivation layer for silicon solar cells. My thesis project was to set up a Low Frequency (440 kHz) PECVD reactor and to characterize the obtained SiN layers. Once the appropriate deposition parameters were found, the physical and chemical structure of the films were characterized. For photovoltaic applications, the optical properties were then investigated in order to improve the ARC. I then studied a second important aspect of SiN films: the surface and bulk passivation properties according to the SiN stoichiometry. The results show the excellent quality of the obtained layers. Finally, I investigated the formation of silicon nanocrystals in these SiN films and recorded their promising properties in order to develop high efficiency silicon-based third generation solar cells.