Etude de la formation du silicium macroporeux de type p et application aux cellules solaires au silicium multicristallin

Study of p-type macroporous silicon and application to multicrystalline silicon solar cells

• Auteur / Autrice : Sandra Lust
• Direction : Claude Lévy-Clément
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Photoluminescence

Texture (cristallographie)

Silicium poreux

Résumé

Le but principal de cette thèse a été d'appliquer la formation des macropores comme méthode de texturisation du silicium (Si) multicristallin pour les cellules solaires. Pour cela, nous avons d'abord étudié les conditions de formation des macropores à la surface du Si monocristallin (Si-c) de type p de résistivité 0. 2 à 2 w. Cm, qui est celle utilisée dans la fabrication industrielle des cellules solaires. Nous avons montré que les macropores ne sont formés sur ses substrats qu'en présence de HF dans des solvants organiques spécifiques. Pour obtenir plus d'informations sur le mécanisme de la dissolution, nous avons étudié l'interface pendant la dissolution du Si à l'aide de la phototension de surface et de la photoluminescence. Les mesures de photoluminescence montrent que la surface du Si est bien passivée dans le régime de formation du Si poreux. Ainsi, les espèces intermédiaires formées pendant la dissolution du Si sont plutôt de nature ionique que sous forme de liaisons pendantes. Les mesures de phototension montrent qu'au potentiel de repos et sous polarisation anodique, le Si est en régime d'appauvrissement. Nous avons appliqué les conditions optimisées de formation du Si macroporeux au Si multicristallin (Si-mc). Les surface ainsi obtenues possèdent une réflectivité effective très basse (~ 10%). Des cellules solaires à base de Si-mc Polix texturisé macroporeux ont été fabriquées avec le processus industriel standard de Photowatt. Elles présentent une augmentation du rendement de conversion solaire (13. 3% à comparer au 12. 5% de rendement moyen des cellules de références polies). Le rendement quantique interne de la cellule texturisée macroporeuse est meilleur aux grandes longueurs d'ondes que celui de la cellule référence, probablement à cause d'un effet de piégeage de la lumière.

The principal goal of this work consisted in the formation of macropores on the surface of multicrystalline silicon with a resistivity between 0. 2 and 2 w. Cm, which is used in the fabrication of solar cells. First, we studied the conditions of formation of macropores on monocrystalline p-type silicon of the same resistivity. We found that macropores can only be formed when electrolytes containing mixtures of HF with specific organic solvents were used. In order to gain information about the dissolution mechanism, in-situ measurements of surface photovoltage and photoluminescence at the silicon/electrolyte interface were performed during the dissolution. The photo- luminescence shows that the surface is well passivated in the region of porous silicon formation. From the measurement of the photovoltage at the rest potential and under anodization, it can be concluded that the silicon is depleted. The conditions for macropore formation were optimized and applied to the Polix multicrystalline silicon. The resulting surfaces exhibit a very low reflectivity (~ 10%). Next, macroporous texturized solar cells were made by the industrial standard processing of Photowatt. The solar cells show an increased efficiency (13. 3% compared to 12. 5% cell average efficiency of the polished reference cells). The internal quantum efficiency of the macroporous texturized silicon solar cells is increased at long wavelength compared to the reference cells, probably due to light trapping.