Investigation du silicium de qualité solaire de type n pour la fabrication de cellules photovoltaïques

• Auteur / Autrice : Thomas Schutz-Kuchly
• Direction : Olivier Palais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des semi-conducteurs
• Date : Soutenance le 18/10/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Abdelilah Slaoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Palais, Mustapha Lemiti, Pere Roca i Cabarrocas, Yvonnick Durand, Jed Kraiem, Yannick Veschetti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mustapha Lemiti, Pere Roca i Cabarrocas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Produits chimiques -- Purification

Photopiles

Stabilité

Silicium

Mots clés libres

Silicium

Photovoltaïque

Type n

Métallurgique

Résistivité

Stabilité

Silicon stability

Photovoltaic

N-type

Metallurgical

Resistivity

Stability

Résumé

Ce travail étudie le potentiel du silicium de type n purifié par voie métallurgique pour la fabrication de cellules photovoltaïques à bas coût. Les teneurs élevées en dopants conduisent à des gammes de résistivités larges et faibles, ainsi qu’à une diminution de la durée de vie des porteurs de charge.La fabrication de cellules photovoltaïques a permis d’obtenir des rendements de conversion variant de 13.7% à 15.0% sur 148.6cm². Avec un procédé de fabrication amélioré, des rendements de 16.0% pourraient être obtenus. La résistivité des plaquettes a été identifiée comme facteur limitant les performances des cellules. Le co-dopage au gallium a été proposé pour augmenter la gamme de résistivité.Les cellules photovoltaïques réalisées montrent une excellente stabilité sous illumination et de faibles coefficients en température de la tension de circuit-ouvert. Ces travaux de thèse ont permis de définir le potentiel du silicium de type n purifié par voie métallurgique et de définir les spécifications nécessaires initiales au niveau de la charge à purifier pour permettre la fabrication de cellules photovoltaïques efficaces.

This work studies the potential of n-type silicon purified via the metallurgical route for the fabrication of low cost photovoltaic cells. The high level of doping species leads to a large range of low resistivity, as well as reduced carriers’ lifetime. The fabrication of photovoltaic cells led to conversion efficiencies varying from 13.7% to 15.0% on 148.6 cm². With an improved fabrication process, efficiencies of 16.0% could be obtained. The resistivity has been identified as the limiting factor on the cells’ efficiency. Gallium co-doping has been proposed in order to increase the resistivity range.The fabricated photovoltaic cells show an excellent stability under illumination with weak temperature coefficients of the open circuit voltage. This PhD work led to the knowledge of the potential of n-type silicon purified via the metallurgical route, and to define the charge specifications required to the fabrication of efficient photovoltaic cells.