Effet du gettering étendu sur les métaux de transition 3d dans le silicium multi cristallin destine aux cellules photovoltaïque

Abstract

Le but des travaux de cette thèse vise à approfondir nos connaissances sur les métaux de transition 3d dans le silicium multi-cristallin (Si-mc) de grade solaire (SoG), en mettant particulièrement l'accent sur l'impact d’un procédé gettering étendu par diffusion de phosphore sur ces métaux, d’une part, et sur la qualité électrique du matériau et les performances des cellules solaires AlBSF fabriquées à base de ce matériau, d’autre part. Dans la première partie, nous présentons les formes et les propriétés des métaux de transition 3d dans le silicium, ainsi que l’activité de recombinaison des porteurs associée à ces métaux à leurs états électriquement actifs. La deuxième partie s’articule sur la description de gettering et ses différents mécanismes. Une importance particulière est donnée aux techniques de gettering par ségrégation qui sont fréquemment utilisées dans le domaine de la technologie photovoltaïque. La troisième partie a comme objectif la description des principaux modèles théoriques utilisés dans l’étude de gettering par ségrégation. Elles sont utilisés, par la suite, dans le développement de notre simulateur appelé "GetProg". Après sa validation par des données expérimentales, le simulateur GetProg a été employé dans diverses études, notamment dans (i) l’exploitation de mécanismes de gettering du chrome par la diffusion de phosphore dans le silicium multi-cristallin, et (ii) la simulation de gettering simultané du chrome, du fer et du nickel dans le silicium, en utilisant deux scénarios de Gettering à Multi-Plateaux (GMP). L’objectif de la quatrième partie est l’investigation quantitative de l'efficacité de gettering de fer par ségrégation via l’implantation ionique du phosphore dans le silicium. Cette étude montre dans quelles conditions expérimentales (température et temps), le phosphore implanté induit la ségrégation de fer interstitiel. Sur la base des résultats obtenus, les possibles mécanismes de gettering de fer par le phosphore implanté sont aussi discutés. La dernière partie est consacrée à l’étude de gettering étendu par diffusion de phosphore et son effet sur la qualité électrique du matériau, ainsi que son impact sur les performances électriques des cellules solaires de type Al-BSF. Le matériau de base utilisé dans cette étude est le silicium multicristallin (Si-mc) élaboré par la méthode HEM (Heat Exchanger Method) à notre centre CRTSE. Cette partie commence par une investigation sur l’évolution des activités de recombinaison et de piégeage dans le Si-mc après un procédé gettering étendu effectué à température et temps variables. Un détail particulier est attribué à l’impureté de chrome. Cette investigation est suivie par une étude sur l’efficacité de gettering étendu à température variable dans un matériau découpé de différentes régions du lingot. Cette partie termine par l’application du procédé gettering étendu à deux paliers dans l’amélioration des paramètres électriques des cellules solaires Al-BSF fabriquées au sein de notre centre CRTSE. Les résultats obtenus montrent clairement le potentiel d’un gettering étendu par diffusion de phosphore dans l’amélioration de rendement de conversion des cellules solaires fabriquées d’un matériau de qualité initiale dégradée, d’une part, et l’importance d’une adaptation adéquate d’un procédé gettering aux étapes de fabrication des cellules solaires, d’autre part