Nouvelle technologie hybride pour le dépôt en film mince d'oxydes transparents conducteurs pour applications photovoltaïques

New hybrid technology for thin film deposition of transparent conductive oxides for photovoltaic applications

• Auteur / Autrice : Zakariae En-naji
• Direction : Ana Lacoste
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MEP - Mécanique des fluides Energétique, Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie

Mots clés

Mots clés libres

Évaporation assistée par plasma

Dépôt en film mince à faible bombardement

Plasma micro-onde

Oxydes transparents conducteurs

Transparent conductive oxides

Plasma-assisted evaporation

Low-damage thin film deposition

Microwave plasma

Résumé

Dans le contexte d'amélioration des rendements de conversion des cellules photovoltaïques (PV), une attention particulière doit être accordée au dépôt d'oxydes transparents conducteurs (OTC) qui constituent les électrodes de nombreuses technologies de cellules. Actuellement, la méthode de pulvérisation cathodique (magnétron), est la plus couramment utilisée pour le dépôt des OTC. Cependant, elle génère des espèces hautement énergétiques qui peuvent endommager certaines couches actives des cellules, limitant ou dégradant ainsi leur rendement. Le projet de cette thèse porte sur une technique de dépôt innovante (brevetée en 2021) qui limite ce bombardement énergétique et sur les procédés associés afin d'augmenter le rendement de conversion photovoltaïque. Après la validation de la preuve du nouveau concept d'évaporation assistée par plasma micro-onde lors d'une précédente collaboration, il s'agira dans le cadre de la thèse, d'un travail de perfectionnement du dispositif, par la modélisation et l'expérimentation, pour optimiser l'efficacité énergétique et thermique du système actif constitué d'un évaporateur intégré dans une source plasma unitaire. Les performances de la décharge seront examinées en corrélation avec les films OTC déposés sur différents substrats allant jusqu'à leur intégration sur des cellules PV. Les travaux de thèse comporteront donc une partie d'optimisation de procédé/matériau afin de démontrer la capacité de cette technique à dépasser la technologie de référence (magnétron) et d'aller vers un transfert industriel de technologie.

In the context of improving the conversion efficiency of photovoltaic cells (PV), particular attention must be paid to the deposition of transparent conductive oxides (TCO) which form the electrodes of numerous solar cell technologies. Currently, magnetron sputtering (MS) is the commonly used technique for the deposition of TCOs. However, it generates highly energetic species that can damage underlying active layers of the cells, thus limiting or degrading their performance. This thesis project focuses on an innovative deposition technique (patented in 2021) that limits this energetic bombardment and on the related processes for increasing PV conversion efficiency. After the validation of the new proof-of-concept of microwave plasma assisted evaporation during a previous collaboration, the thesis will focus on the further improvement of the tool, through modeling and experimentation, to optimize the energy and thermal efficiency of the active system, which consists of an evaporator integrated into a unitary plasma source. The performances of the discharge will be jointly examined in terms of TCO deposition process on different substrates up to their integration on PV cells. The thesis work will therefore include a process/material optimization phase in order to demonstrate the ability of this technique to surpass the reference technology (MS) and to progress towards an industrial technology transfer.