Élaboration de carbure de silicium amorphe hydrogéné par PECVD : Optimisation des propriétés optiques, structurales et passivantes pour des applications photovoltaïques

Study of amorphous hydrogenated silicon carbide deposited by PECVD technique : Optimization of optical, structural and passivating properties for photovoltaic applications

• Auteur / Autrice : Aurélien Gaufrès
• Direction : Mustapha Lemiti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Matériaux
• Date : Soutenance le 14/01/2014
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Anne Kaminski-Capocho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mustapha Lemiti, Anne Kaminski-Capocho, Françoise Massines, Olivier Palais, Erwann Fourmond, Rémi Monna
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Massines, Olivier Palais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conversion photovoltaïque

Mots clés libres

Electrotechnique

Cellule photovoltaïque

Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma - PECVD

Réacteur PECVD

Propriété optique

Carbure de silicium amorphe hydogéné

Propriété passivante

Electrotechnics

Photovoltaic Cell

PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition

PECVD reactor

Optical properties

Hydrogenated amorphous silicon carbide

Passivation

Résumé

Notre étude concerne la mise en place et le développement de dépôts de carbure de silicium amorphe hydrogéné (a-SiCx:H) à basse température (370°C), par voie PECVD, sur un réacteur PECVD semi-industriel à faible fréquence (440 kHz). Les propriétés chimiques, optiques et de passivation de surface des couches déposées sont analysées et l’impact du changement des débits de gaz précurseurs (silane et méthane) est aussi étudié. La possibilité d’utiliser le a-SiCx:H comme couche anti-reflet en face avant d’une cellule solaire est envisagée. Bien que l’indice de réfraction d’une couche riche en carbone soit en accord avec la condition de lame quart-d’onde requise pour une couche anti-reflet, le coefficient d’extinction est trop élevé en raison de la proportion significative de silicium dans la couche. Cette absorption peut être atténuée par l’incorporation d’azote dans la couche (a-SiCxNy:H). En revanche, la passivation de surface s’améliore lorsque la quantité de silane augmente. La plus faible vitesse de recombinaison de surface atteinte sur les échantillons après dépôt est de 10 cm.s.

Our study deals with the deposition of amorphous hydrogenated silicon carbide (a- SiCx:H) at low temperature (370°C), by PECVD technique, using a semi-industrial lowfrequency PECVD reactor (440 kHz). The deposited films are analyzed for chemical, optical and surface passivation properties, and the impact of the gas flow parameters (silane and methane) is studied. The possible use of a-SiCx:H as an antireflective coating at the front side of solar cells is investigated. Although the refractive index for high carbon concentration could be in agreement with the demand of quarter-wave layer for antireflective coating, the extinction coefficient remains too high due to a significant silicon content in the material. This absorption can be attenuated by incorporating nitrogen in the layer. However, the surface passivation improves with the silane proportion. The lowest surface recombination velocity of an as-deposited samples is about 10 cm.s.