Croissance de silicium monocristallin en couche mince par épitaxie en phase liquide sur couches sacrificielles pour report sur substrat faible coût pour applications photovoltai͏̈ques

Growth of thin monocrystalline silicon layer by liquid phase epitaxy on sacrificial layers in order to transfer on low cost substrates for photovoltaic applications

• Auteur / Autrice : Sébastien Berger
• Direction : André Laugier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Electronique et Automatisme
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conversion photovoltaïque

Énergie solaire

Énergies renouvelables

Silicium -- Substrats

Silicium

Épitaxie

Résumé

Le travail fait appel à l'utilisation de couches sacrificielles servant de support à une croissance par épitaxie en phase liquide pour obtenir des cellules solaires. Trois sorte de couches sacrificielles sont étudiées : le silicium macroporeux ou grilles, le silicium nanoporeux et les couches fragilisées par implantation ionique. Le silicium macroporeux permet de contrôler la porosité et donc la fragilité de la couche. Elle est facilement détachable et transférable. Le substrat utilisé est recyclable. Le transfert s'effectue avant la croissance. Un travail sur le matériau silicium pour permettre une attaque électrochimique a été mené. Il a fallu définir les caractéristiques de la grille souhaitée pour pouvoir réaliser par dessus une croissance. Le transfert, suivi d'une croissance, a été réalisé. Le support étant d'orientation (100), la morphologie de la couche est un ensemble de pyramides. L'ajustement des paramètres permet d'améliorer la coalescence entre les pyramides. Au cours de ce travail, un phénomène a été observé : la consommation du silicium du substrat de croissance. Une étude a été mené sur des supports SOI afin d'ajuster les paramètres liés à la croissance. Pour réduire les coûts, il a été envisagé de réaliser l'épitaxie avant le transfert. Les couches de silicium nanoporeux sont alors apparues comme la continuité de l'étude. Les caractéristiques de ce poreux ont été étudiées afin de permettre le détachement de la couche épitaxiée. Les couches obtenues sur le substrat (100) sont formées de pyramides dont la coalescence est fonction des paramètres de l'épitaxie. Sur substrat (111), les couches obtenues sont continues et homogènes et le détachement est réalisé. Une autre voie consiste à adapter la technique d'implantation ionique du SMART-CUT au domaine photovoltai͏̈que. Cette fragilisation évolue avec le traitement thermique de la croissance. Le travail d'épitaxie sur ces fragilisations a permis d'obtenir des couches continues.

The work appeals to the use of sacrificial layers as support to a growth by liquid phase epitaxy to obtain sun cells. Three sorts of sacrificial layers are studied: the macro porous silicon or grids, the nanoporous silicon and the layers weakened by Ionic setting-up. The macro porous silicon allows to control the porosity and thus the fragility of the layer. Lt is easily detachable and transferable. The used substrate is recyclable. The transfer is made before the growth. A work on the material silicon to allow an electrochemical etching was led. It was necessary to define the characteristics of the grid wished to be able to realise over a growth. The transfer, followed by a growth, was realised during this work. The support orientated (100), leads to morphology of pyramidal layer. The adaptation of the parameters allows to improve the coalescence between pyramids. During this work, a phenomenon was observed: the consumption of the silicon of the growth substrate. A study was led in on supports SOI to adjust the parameters connected to the growth. To reduce the costs, it was intended to realise the epitaxy before the transfer. The layers of nanoporous silicon then appeared as the continuance of the study. The characteristics of it porous were studied to allow the detachment of the epitaxial layer. Layers obtained on substrate (100) are formed by pyramids. The coalescence of which is a function of parameters of the epitaxy. On substrate (111), the obtained layers are continuous and homogeneous and the detachment is realised. Another way consists in adapting the technique of Ionic setting-up of the SMART-CUT ® to the photovoltaic area. This embrittlement evolves with the thermal treatment of the growth. The work of epitaxy on these embrittlement allowed to obtain continuous layers.