Fabrication et étude des couches épitaxiales de silicium pour les applications dans les cellules solaires photovoltaïques

= Investigations of thin layers crystallization for photovoltaics applications

Wytwarzanie i badanie warstw epitaksjalnych krzemu w zastosowaniu do ogniw słonecznych

• Auteur / Autrice : Krystian Cieślak
• Direction : Anne Kaminski-Cachopo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA en cotutelle avec Politechnika Lubelska
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) - Zakładu Fizyki Technicznej Instytutu Fizyki s. Politechnice Lubelskiej (Polska)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet photovoltaïque

Silicium -- Couches minces

Couches minces

Électronique -- Matériaux

Électronique industrielle

Résumé

Aujourd'hui le marché du photovoltaïque est dominé par les technologies de fabrication basées sur les matériaux semiconducteurs massifs, ce qui augmente le coût du produit final parce que pendant la fabrication des cellules photovoltaïques (PV) une partie de la matière constituant la couche active de la cellule est perdue (par découpage, etc. ). Les technologies basées sur les couches minces, qui par définition utilisent une petite quantité de matière pour fabriquer la couche active, sont une alternative pour la production « en masse ». Les études présentées dans cette thèse s'inscrivent dans la tendance générale de diminution de prix des cellules solaires et consistent en développement d'une technologie très bon marché de dépôt des couches actives des cellules solaires PV basée sur l'épitaxie en phase liquide par la croissance des couches latérales. La croissance latérale épitaxiale est une méthode qui permet la croissance de couches latérales, qui ont une densité des défaits inférieure à celle de substrats de croissance. De ce fait on peut utiliser les substrats moins chers que les substrats habituellement utilisés pour l'épitaxie, vu que leur qualité cristalline n'est plus un paramètre crucial pour obtenir des couches épitaxiales de bonne qualité. Il en résulte une réduction des coûts de fabrication des cellules solaires. En outre, les appareils nécessaires pour faire de l'épitaxie en phase liquide sont relativement bon marché par rapport aux autres technologies de dépôt des couches minces. Le but des travaux de thèse présentés était d'analyser et de déterminer les conditions optimales du processus de cette croissance latérale, pour que les cellules solaires obtenues se caractérisent par des meilleurs paramètres physiques et électriques.

Nowadays the core percentage of the solar photovoltaic market is based on the semiconductor bulk materials which makes the Wp price increase due to the material Joss during the process of production. The material losses problem does not exist in thin films technologies because they do not require being cut and the active layer is deposited directly into a substrate, which does not require sophisticated quality parameters. Photovoltaic researches are leading to one purpose - to lower the price of energy generated from the photomodules. It can be done in two ways: by decreasing costs of production or through increasing the efficiency of solar cells. The research presented in this thesis enrols in the first trend of decreasing the price of solar cells by using liquid phase epitaxy. A special aspect to this method is a possibility for producing thin lateral layers for photovoltaic applications. The Epitaxial Lateral Overgrowth (ELO) method enables the growth of lateral layers, which have tower density defects than a growing substrate. Subsequently, it can decrease the price of the solar cells. Moreover, apparatus for the liquid phase epitaxy is relatively cheap while compared other technologies of the thin films deposition. In chapter 1 particular stages of the experiment have been described: liquid phase epitaxy process, apparatus, lateral silicon layers growth conditions. Also solar cells production process has been characterized, as well as examination of the solar cells parameters. Chapter 2 contains of the results of the experiment and its analysis pertaining to the best LPE conditions for photovoltaic applications. In chapter 3 some summary and conclusions have been presented. The main objective of this work was to find optimal conditions for liquid phase epitaxy process in order to get ELO solar cells, which are characterized by the best electrical and physical parameters.