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Thèse soutenue

Etude et optimisation de cellules solaires photovoltai͏̈ques en couches minces de silicium polymorphe

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Auteur / Autrice : Yves Poissant
Direction : Pere Roca i Cabarrocas
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique. Sciences des matériaux . Rhéologie
Date : Soutenance en 2001
Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Résumé

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La métastabilité des cellules photovoltai͏̈ques à base de couches minces de silicium amorphes hydrogéné (a-Si:H) demeure un frein au développement de cette filière. Au début de cette thèse, des tests de vieillissement accélérés sous lumière rouge avaient démontré que l'utilisation du silicium polymorphe en tant que couche intrinsèque au sein d'une cellule p-i-n mène à des dispositifs dont le rendement est stable sous éclairement. A cette époque, ces résultats suscitaient beaucoup de questions: Quelles propriétés de ce matériau et de la cellule peut-on corréler à la stabilité du rendement de conversion? Quel rendement de conversion maximal peut-on atteindre avec ces cellules? Le but de cette thèse est l'optimisation du rendement de conversion de cellules fabriquées avec du silicium polymorphe produit sous différentes conditions de plasma et l'étude de leur vieillissement. Pour ce faire, plus de 500 cellules ont été élaborées et étudiées par caractéristique courant-tension à différents niveaux d'éclairement et réponse spectrale. Le vieillissement de cellules a été réalisé par différentes méthodes expérimentales (vieillissement sous éclairement et injections de porteurs) et leur cinétique de vieillissement a été caractérisée simultanément par caractéristiques courant-tension et la méthode de photocourant constant. Ces études de vieillissement et d'optimisation ont été approfondies en utilisant un logiciel de simulation numérique qui intègre à la fois un modèle électrique et optique. L'optimisation de ces cellules nous a permis de passer d'un rendement de conversion de 4. 3% au début de cette thèse à 7. 4%. Les tests de stabilité effectués sous conditions normales ont confirmé l'excellente stabilité des cellules solaires à base de siliclum polymorphe et des études plus fondamentales ont corrélé la stabilité accrue de ces cellules à la structure du matériau polymorphe et ses propriétés de transport des trous.