Thèse soutenue

Cellule solaire Si à haut rendement avec jonction tunnel pour cellules photovoltaïques en tandem
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Auteur / Autrice : Xiao Li
Direction : Mustapha Lemiti
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique, micro et nanoélectronique, optique et laser
Date : Soutenance le 13/12/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) - Institut des Nanotechnologies de Lyon / INL
Equipe de recherche : INL - Ingénierie et conversion de lumière (i-Lum)
Jury : Président / Présidente : Anne Kaminski-Cachopo
Examinateurs / Examinatrices : Mustapha Lemiti, Anne Kaminski-Cachopo, Yvan Cuminal, Olivier Palais, Alain Fave, Delfina Munoz
Rapporteurs / Rapporteuses : Yvan Cuminal, Olivier Palais

Résumé

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La cellule photovoltaïque tandem à base de silicium cristallin (c-Si) avec 2 terminaux (2T) est une solution permettant de dépasser la limite de Shockley-Queisser. L'objectif de ce travail de thèse est de réaliser une jonction tunnel en c-Si présentant une résistance faible afin de l’intégrer comme interconnexion des 2 sous-cellules constitutives de la tandem. La technique de diffusion thermique rapide par proximité est appliquée pour fabriquer les jonctions tunnel en silicium en minimisant les dommages causés à la surface du SIlicium. La fabrication et la caractérisation de la jonction tunnel p++/n++ sur un substrat de silicium orienté (111) sont présentées. Plusieurs paramètres du processus de fabrication de la jonction tunnel sont étudiés. L'ajustement de l'émetteur n++ par un recuit thermique rapide en deux étapes a effectivement facilité la réalisation de la jonction tunnel p++/n++. Des diodes tunnel en silicium ont été fabriquées pour caractériser les propriétés électriques des jonctions tunnel. Le pic de densité de courant des diodes tunnel se situe entre les valeurs 140 et 192 A/cm2 avec un ratio de courant de pic à vallée de 1,9 à 3,2. Par la suite, cette jonction tunnel p++/n++ a été intégrée dans des cellules photovoltaïques tandem nanofils III-V/Si. Malgré la défectuosité des réseaux de nanofils, une augmentation de la tension de circuit ouvert a été observée dans les cellules photovoltaques tandem par comparaison avec celle de la cellule solaire à simple jonction. Ce type de jonction tunnel peut également être intégré à d'autres types de cellules en dessus, par exemple les pérovskites ou le CIGS. L'application de jonctions tunnel en Si obtenues par la technique de diffusion thermique rapide à proximité pourrait faciliter le développement de cellules photovoltaïques tandem compétitives à haut rendement à base de c-Si.