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Theses

Nouveaux substrats de silicium cristallin destinés aux cellules photovoltaïque à haut rendement : cas du silicium mono-like et du dopage aux donneurs thermiques liés à l’oxygène pour les cellules à hétérojonction de silicium

Résumé : Ce travail de thèse a pour but de comprendre l’impact des propriétés électriques du silicium cristallin sur les performances des cellules solaires Silicium à HétéroJonction (SHJ) et de déterminer des spécifications matériaux nécessaires en termes de durée de vie des porteurs de charge et de résistivité.Dans une première partie de cette thèse, le potentiel du silicium mono-like a été évalué pour la fabrication de cellules solaires SHJ. La forte productivité de cette technique permet de réduire considérablement les coûts de fabrication des plaquettes. Des rendements de conversion de 20% équivalents à ceux des matériaux du marché ont été obtenus ainsi qu’un rendement de 21.6% avec l’utilisation d’un procédé de fabrication de cellules haut rendements. Ces valeurs ont été obtenues pour des durées de vie volumiques moyennes sur les plaquettes supérieures à 1ms. Les principaux limitations de la qualité du matériau mono-like ont été identifiés. D’abord, la présence de zones multicristallines sur certaines plaquettes rend le matériau incomptable avec le procédé SHJ notamment en ce qui concerne les étapes de texturation des surfaces et ensuite l’uniformité en épaisseur des couches déposées. Ce type de défauts fait chuter en premier lieu la Jcc, puis la Vco et le FF et finalement le rendement de conversion. De plus, la présence de contamination et la génération de dislocations aux extrémités du lingot font également chuter la durée de vie volumique et les paramètres photovoltaïques des cellules. Finalement, seulement 30% de la hauteur de lingot a pu être utilisé pour des hauts rendements de conversion.La deuxième partie a été consacrée à l’étude et l’optimisation, avec la technologie SHJ, d’une technique de dopage innovante remplaçant celles utilisant des impuretés dopantes, telle que le phosphore, en générant des donneurs thermiques dans le substrat silicium cristallin. Cette méthode de dopage présente l’avantage d’utiliser l’oxygène naturellement présent dans le silicium en transformant en dopant par des recuits à 450°C. Cette technique est uniquement valable avec une procédé basse température tel que celui utilisé dans ce travail de thèse et permettrait de contrôler les propriétés électriques du silicium sur l’ensemble d’un lingot Cz afin d’augmenter le rendement matière. La compatibilité du silicium cristallin dopé par des DT a été validée pour une gamme de résistivité de 3-10Ω.cm et durées de vie volumique de 3-10ms. La limite d’utilisation des DT pour l’obtention de hauts rendements correspond à une concentration inférieure à 7x1014cm-3 (3Ω.cm, 3ms). La technique de dopage a été transférée avec succès à l’échelle du lingot et a permis d’obtenir de rendement de 20.7% avec un procédé industriel et même de 21.7% avec une métallisation « smart-wire ». Une perte de FF a été observée par rapport aux références, liées à une résistance série élevée dont l’origine n’a pas encore été confirmée mais dont la source la plus probable serait l’inhomogénéité radiale de résistivité générée par le dopage.
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Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Thursday, May 12, 2016 - 5:42:46 PM
Last modification on : Wednesday, July 29, 2020 - 9:00:23 PM
Document(s) archivé(s) le : Tuesday, August 16, 2016 - 9:50:05 AM

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Frédéric Jay. Nouveaux substrats de silicium cristallin destinés aux cellules photovoltaïque à haut rendement : cas du silicium mono-like et du dopage aux donneurs thermiques liés à l’oxygène pour les cellules à hétérojonction de silicium. Génie des procédés. Université Grenoble Alpes, 2016. Français. ⟨NNT : 2016GREAI010⟩. ⟨tel-01315189⟩

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