Elaboration et caractérisation de couches minces de silicium poly cristallin déposées par RT-LPCVD et dopées in situ au phosphore : application à la réalisation de cellules solaires par procédés thermiques rapides

= Elaboration and characterization of silicon thin layer deposited by RT-LPCVD and doped in situ to the phosphorus : Application to the realization of solar cells by rapid thermal processes

• Auteur / Autrice : Sami Kallel
• Direction : André Laugier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• 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

Photopiles

Semiconducteurs -- Dopage

Silicium -- Couches minces

Résumé

La première partie de ce travail porte sur 1 'étude de couches minces de silicium déposées par RT-LPCVD et dopées in situ au phosphore dans un réacteur à lampes halogène et à parois froides à partir du silane (SiH4) utilisé comme gaz précurseur et la phosphine (PH3) comme source dopante. Nous avons étudié ces couches dans une gamme de températures allant de 600°C à 850°C (pour une pression de 2mbar) et nous avons mis en évidence 1 'effet de la phosphine sur la cinétique de dépôt ainsi que sur ses propriétés physiques (taille des grains, texture, contraintes résiduelles, résistivité). Nous avons aussi montré que les traitements thermiques rapides ultérieurs (RTA) favorisent une augmentation de la taille des grains, une relaxation des contraintes et une amélioration de la résistivité. Dans la deuxième partie du travail, nous avons appliqué les procédés thermiques rapides pour la réalisation de cellules solaires à faible budget thermique. Pour cela nous avons étudié et optimisé chaque étape nécessaire pour la réalisation d'un tel dispositif:-1. L'émetteur (N+) obtenu par le dépôt RT-LPCVD dopé in situ à partir de (SiH4/PH3),-2. L'oxyde de passivation obtenu par oxydation thermique rapide (RTO),-3. La couche antireflet (Si3N4) déposée par RT-LPCVD à partir du silane et de l'ammoniac (NH3),-4. Les contacts métalliques déposés par évaporation. Les premiers résultats obtenus indiquent un rendement de conversion de 10,5% pour un courant de court-circuit de 33,5mA/cm2 et une tension de circuit ouvert égale à 527mV.

The first part of this work consists on the study of silicon thin layer deposited by RT-LPCVD and doped in situ to the phosphorus in a reactor to halogens lamps and to cold-wall, from silane (SiH4) used as precursory gas and the phosphine (PH3) as doping source. We have studied these layers in a range of temperatures going from 600°C to 850°C (for a pressure of 2mbar) and we have put in obviousness the effect of the phosphine on the kinetic of deposit as well as on its physical properties (grain size, texture, residual stresses, resistivity). We have also shown that ulterior rapid thermal processing (RTA) favor an increase of the grain size, a relaxation of stresses and an improvement of the resistivity. In the second part of the work, we have applied rapid thermal processes for the realization of solar cells to weak thermal budget. In order that, we have studied and optimized each necessary stage for the realization of a such device : -1. The emitter (N+) obtained by the deposit RT-LPCVD doped in situ from (SiH4/PH3),-2. The passivation oxide obtained by rapid thermal oxidation (RTO),-3. The antireflet layer (Si3N4) deposited by RT-LPCVD from silane and the ammonia (NH3),-4. Metallic contacts deposited by evaporation. The first results obtained indicate an energy conversion of 1 0. 5%, a shortcircuit current density around 33. 5mA/cm2 and open-circuit voltage equal to 527mV.