Développement et mise au point d’un procédé innovant de diffusion des dopants N et P pour la fabrication de cellules photovoltaïques silicium

= Development of an innovative process of diffusion of the N and P dopants for silicon solar cells realization

• Auteur / Autrice : Barbara Bazer-Bachi
• Direction : Mustapha Lemiti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium -- Couches minces

Photopiles

Électronique industrielle

Résumé

Ce travail de thèse propose un nouveau procédé de fabrication, compatible avec de faibles épaisseurs de substrat. En effet, à mesure que l’épaisseur diminue, la métallisation aluminium sur la face arrière engendre la courbure des cellules, limitant la fabrication des panneaux. L’usage d’un dopage au bore pour remplacer l’aluminium permet d’éviter la courbure. Il implique l’ajout d’une étape de diffusion, considéré comme coûteux. Le travail de cette thèse consiste donc en la diffusion des dopants N et P en une seule étape, par co-diffusion. La formation de l’émetteur, par dopage N, a été effectuée par diffusion dans un four à basse pression (Lydop). La réduction des recombinaisons dans l’émetteur, dues aux précipités SiP, est étudiée. La variation des paramètres de diffusion permet de constater leur influence sur la qualité passivante de l’émetteur. De plus, une étude du recuit du nitrure de silicium hydrogéné montre que l’hydrogène permet la passivation de l’émetteur. Le dopage P a été obtenu par la diffusion à partir d’un oxyde dopé au bore déposé par PECVD. La compréhension des mécanismes de diffusion à partir de l’oxyde dopé souligne l’importance de l’adaptation des débits de gaz précurseurs afin d’obtenir un dopage maximal, à une température modérée (850°C). Une fois les deux techniques maîtrisées, des cellules solaires ont été réalisées au laboratoire et chez Photowatt. L’amélioration de la qualité de l’émetteur permet d’obtenir un gain en rendement de la cellule. La co-diffusion du bore et du phosphore, est également appliquée. Elle permet de réaliser des structures avec des contacts arrière localisés et de constater sa faisabilité sur une cellule industrielle

This thesis, in collaboration with Photowatt Technologies, puts forward a new fabrication process, compatible with thin substrates. The standard industrial process includes full area screen-printed aluminium on the back side of the cell. However, as the thickness decreases : wafer bowing leads to breakage during later processing. Boron doping is an alternative to aluminium. However, boron-BSF is regarded as an expensive solution because it needs a high temperature diffusion step. This work consists in boron and phosphorus diffusion in a single step, by codiffusion. The emitter formation is obtained by phosphorus diffusion in a low pressure Lydop furnace. We have focused on the emitter recombinations reduction, influenced by the phosphorus precipitates. By varying diffusion parameters, we have noticed that the passivation quality is influenced by these precipitates. Moreover, a study of silicon nitride firing has shown that hydrogen plays a role in emitter passivation. Boron doping is obtained by the diffusion from a boron doped oxide (BSG) deposited by PECVD. A comprehensive work on the mechanisms of the diffusion from a doped oxide has emphasized the importance of gas flow adjustment in order to obtain high doping at moderate temperature (850°C). Once both techniques overcome, solar cells were realized at laboratory and industry scales. The emitter quality improvement has led to the improvement of the solar cells results. The whole process, including phosphorus and boron co-diffusion, has been then applied. We have achieved innovative structures, with boron BSF and local back contact. Moreover, we have proven the co-diffusion process feasibility on industrial solar cells