Dopage au Bore du Silicium Multicristallin de type N : application à la fabrication de cellules photovoltaïques par un procédé industriel

Boron doping of n-type multicrystalline silicon : solar cells fabrication with an industrial process

• Auteur / Autrice : Cyril Oliver
• Direction : Alain Foucaran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 12/12/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IES - Institut d Electronique du Sud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Foucaran, Mustapha Lemiti, Bachir Semmache, Yvan Cuminal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelilah Slaoui, Olivier Palais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Photoélectricité

Mots clés libres

Dopage

Bore

Cellules solaires

Type N

Silicium multicristallin

BCl3

Doping

Boron

Solar cells

N-type

Multicrystalline Silicon

BCl3

Résumé

Cette thèse présente le développement d'un équipement permettant le dopage Bore des cellules photovoltaïques à base de silicium de type n. Un four de diffusion, appartenant à la société Semco Engineering a été développé pour tirer profit du procédé LYDOP (Leaktight Yield Doping en anglais), breveté par la société. Ce dernier a permis la mise au point d'un procédé de diffusion du Bore, régulé sous basse pression, intégrant une source dopante gazeuse à base de BCl3 afin d'effectuer le dopage de plusieurs plaques de silicium simultanément. Les principaux paramètres influençant le procédé de dopage ont été étudiés pour obtenir un dopage très uniforme sur plaque et sur nacelle. Une large gamme de résistances carrées d'émetteurs (de 40 à 100 ohm/sq) a été obtenue avec une uniformité inférieure à 5% sur plaque et sur nacelle. Le développement du procédé de dopage a conduit à étudier deux méthodes de fabrication d'une cellule photovoltaïque sur silicium multicristallin de type n. Plusieurs méthodes pour la formation de l'émetteur Bore sur une seule face ont été présentées : masquage (SiNx, SiO2), dopage back-to-back ou gravure chimique. De cette étude, deux procédés de fabrication (flowcharts) ont été développés pour la fabrication de cellules photovoltaïques : la première par gravure à l'hydroxyde de potassium (KOH) de l'émetteur, la seconde en effectuant le dopage bore des cellules en position back-to-back (dos à dos). Un rendement sur cellule de 13,2% et 14,4% a été obtenu respectivement pour chacune des flowcharts. Ces résultats, limités principalement par les étapes de passivation et de métallisation permettent de démontrer l'utilisation du procédé Bore comme solution à la formation des émetteurs p+.

This thesis presents the development of an equipment for boron doping of n-type multicrystalline silicon solar cells. A diffusion furnace was developed by Semco Engineering Company. It was built using LYDOP (LeakTight Yields DOPing) technology, patented by Semco. This one permits a simultaneous doping of a big amount of silicon wafers using regulated low pressure processes. Boron diffusion process development was carried out using LYDOP's specifications with BCl3 as gaseous doping source. Main parameters have been studied to control diffusion process. Several sheet resistance values of emitters were achieved (from 40 to 100 ohm/sq) with uniformity under 5% within wafer and within boat by tuning process parameters. Doping process development leads us to investigate how to create a single side emitter with n-type multicrystalline solar cells. Two fabrications flowcharts were presented: one using KOH emitter etches on backside and the other using back-to-back positioning during boron diffusion. Comparison between both flowcharts carried out to 13,2% and 14,4% efficiencies solar cells, respectively on each flowchart. Results are limited by passivation and metallization of emitters. However boron diffusion process demonstrate that LYDOP technology is well adapted to develop n-type solar cells.