Ingénierie de matériaux IV-IV (SiGe, silicium poreux) pour applications aux photopiles silicium à couches minces

= IV-IV material engineering (SiGe, -porous silicon) for thin-film silicon solar cell applications

• Auteur / Autrice : Anis Daami
• Direction : Georges Brémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dispositifs de l'Electronique Intégrée
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs solaires

Silicium poreux

Silicium -- Composés

Résumé

Cette étude porte sur la faisabilité d'application de l'alliage SiGe et du silicium poreux (SP) et de leur intégration dans les photopiles silicium à couches minces. L'intérêt de cette étude est d'augmenter le rendement des cellules solaires silicium. Le SiGe permet d'accroître le photo-courant grâce à une plus grande absorption dans l'IR. Le SP sert de couche antireflet et de passivation de l'émetteur de la cellule. Nous avons montré par spectroscopie de photoluminescence (PL), que la passivation par nitruration de la surface du silicium poreux, améliore son intensité de luminescence et augmente sa stabilité dans le temps. Ce résultat a été exploité pour améliorer la qualité de passivation au niveau de la photopile. Ensuite, nous avons caractérisé par PL l'alliage SiGe afin de contribuer à une amélioration de sa croissance et diminuer la densité de défauts dans le matériau. Cet alliage est par la suite intégré dans la base active de la photopile. Nous mettons en évidence une très bonne qualité des couches réalisées par CVD et LPE. En effet, nous observons une très faible activité des dislocations que nous corrélons avec des longueurs de diffusion, de porteurs minoritaires, supérieures aux épaisseurs des couches étudiées. Enfin, par des mesures de DL TS sur des photopiles de petites surfaces, nous montrons que les défauts présents dans l'alliage SiGe ne sont pas en concentration suffisante, pour diminuer le rendement d'une cellule solaire. Par cette étude nous avons activement participé à élaborer et conceptualiser la structure d'une photopile SiGe à couches minces. Cette dernière, sans optimisation, présente un rendement comparable à une cellule solaire tout silicium (12. 3%). Ceci nous permet d'espérer encore un gain plus important après perfectionnement de la photopile (2% en absolu par rapport au Si).

This study focuses on the feasibility of application of the SiGe alloy and the porous silicon (PS) and their integration in thin-film silicon solar cells. The interest of this study is to increase the silicon solar cell output. The SiGe allows increasing the photo-current thanks to a greatest absorption in the IR. The PS serves as an antireflection and passivating layer of the emitter of the cell. We have shown by photoluminescence spectroscopy (PL), that the nitridation of the surface of the porous silicon improves its luminescence intensity and increases its stability through time. This result has been exploited to improve the quality of passivation in the level of the solar cell. Then, we have characterized by PL the SiGe alloy, to contribute to an improvement of its growth and to decrease the density of defects in the material. This alloy is thereafter integrated in the active basis of the solar cell. We put in good obviousness the quality of layers realized by CVD and LPE. Lndeed, we observe a very weak activity of dislocations. We correlate this with the high minority-carriers diffusion lengths that are superior to the thicknesses of layers studied. Finally, by DL TS measurements on small surface solar cells, we show that the defects present in the SiGe alloy are not in a sufficient concentration to decrease the efficiency of a solar cell. By this study, we have actively participated in the elaboration and the conceptualization of the structure of a SiGe thin-film solar cell. This last, without optimization, presents a comparable efficiency to a silicon solar cell (12. 3%). This allows us to hope a more important gain after improvement of the solar cell (2% in absolute compared to Si).