Développement d'un dispositif de mesure in situ de la durée de vie effective des électrons

Development of an in-situ effective electron lifetime measurement device

• Auteur / Autrice : Mateusz Poplawski
• Direction : Pere Roca i Cabarrocas, François Silva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/11/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (Palaiseau, Essonne) - Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] / LPICM
• Jury : Président / Présidente : Philip Schulz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pere Roca i Cabarrocas, François Silva, Martin Schubert, Adriana Creatore, Christophe de La Taille, Delfina Muñoz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martin Schubert, Adriana Creatore

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrons

Photons

Durée de vie (ingénierie)

Mots clés libres

Durée de vie

Electrons

Photons

Silicone

AlOx

Lifetime

Electron

Photon

Silicon

AlOx

Résumé

Au fur et à mesure que la technologie progresse à travers les niveaux de maturité technologique (TRL), elle passe des concepts théoriques et de la recherche fondamentale à des applications pratiques et à des prototypes raffinés. Les mesures in situ de la durée de vie fournissent des informations précieuses sur la qualité du processus de fabrication des semi-conducteurs, permettant une surveillance et une analyse en temps réel des processus dynamiques. En analysant les durées de vie des porteurs minoritaires, les chercheurs peuvent évaluer l'efficacité de diverses techniques de passivation et de traitements de surface visant à réduire les pertes par recombinaison et à améliorer l'efficacité des dispositifs de cellules solaires. Cette thèse porte sur le développement du matériel, de la théorie et l'application expérimentale d'un dispositif de mesure in-situ de la durée de vie des porteurs minoritaires (durée de vie in-situ). Cela a impliqué l'inclusion d'optiques sans imagerie et la mise en forme du faisceau facilitant l'installation du dispositif. En outre, la diminution du temps de mesure facilite la détection des changements rapides qui peuvent être essentiels à la compréhension des systèmes complexes, tandis que le passage d'une technique de mesure indirecte à une technique de mesure directe pour la mesure de la durée de vie à l'aide d'une gaussienne pourrait ouvrir de nouvelles voies.Ces dernières années, l'oxyde d'aluminium amorphe (AlOx) a fait l'objet d'une attention particulière en tant que matériau important pour la passivation des surfaces des cellules solaires au silicium cristallin. En utilisant le dispositif mis au point, les possibilités d'utilisation d'un réacteur PECVD ont été mises en évidence, notamment l'optimisation du processus de fabrication par des procédures de recuit et l'analyse des propriétés du matériau de base.

As technology progresses through Technology Readiness Levels (TRLs), it moves from theoretical concepts and basic research, towards practical applications and refined prototypes. In-situ lifetime measurements, provide valuable insights into the quality of the semiconductor fabrication process, enabling real-time monitoring and analysis of dynamic processes. By analysing minority carrier lifetimes, researchers can assess the effectiveness of various passivation techniques and surface treatments aimed at reducing recombination losses and enhancing the efficiencies of solar cell devices. This thesis focuses on the development of hardware, theory, and experimental application of an in-situ minority carrier lifetime measurement (in-situ lifetime) device. This involved the inclusion of non-imaging optics and beam shaping for a design which has an ease of installation. Moreover, decreasing measurement time facilitates the detection of rapid changes that may be critical to understanding complex systems while switching from indirect to direct measurement technique for a lifetime measurement using a Gaussian could open new avenues.Amorphous Aluminium oxide (AlOx) has gained significant attention as an important material in surface passivation for crystalline silicon solar cells in recent years. Utilizing the developed device, potential avenues using a PECVD reactor were highlighted such as optimizing the fabrication process through annealing procedures, and analysis base material properties.