Etude du silicium polymorphe hydrogéné en couches minces pour applications photovoltaïques PDF Download
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Author: Ouafa Saadane
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Languages : en
Pages : 166
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Book Description
The work presented in this thesis is devoted to the study of the metastability in the hydrogenated polymorphous silicon (pm-Si:H). The pm-Si:H films deposited in a plasma regime close to the powder formation, which promoted the incorporation of nanocrystallites and/or clusters in amorphous matrix of the layers. Previous results have shown the promising potentiality of the pm-Si:H for photovoltaic conversion. The aim of this study is to bring a better comprehension between the structural and optoelectronic properties of pm-Si:H films prepared under different deposition conditions. We used various methods of characterizations, and in particular some electrical techniques of characterizations: measurements of conductivity and photoconductivity (constant photocourant method, modulated photocurrent, steady state photocarrier gratings)), which we coupled with methods of structural characterizations (Fourier transform infrared spectroscopy and hydrogen effusion experiments). We particularly studied the metastability of the pm-Si:H. After a systematic study of a large number of pm-Si:H films, we highlighted the deposition conditions which lead to films with good properties transport (high deposition rate, high and excellent stability of the ambipolar diffusion length of the minority carriers, better efficiency of the solar cells). A link between hydrogen bonding and transport properties is made that shows that to exhibit good transport properties the material has to present a peculiar microstructure revealed by the hydrogen bonding. However, the hydrogen bonding and/or content in this structure has to be adjusted via the deposition conditions to reach an optimum hydrogen incorporation leading to the best layers and the best solar cell devices.
Author: Ouafa Saadane
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Languages : en
Pages : 166
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The work presented in this thesis is devoted to the study of the metastability in the hydrogenated polymorphous silicon (pm-Si:H). The pm-Si:H films deposited in a plasma regime close to the powder formation, which promoted the incorporation of nanocrystallites and/or clusters in amorphous matrix of the layers. Previous results have shown the promising potentiality of the pm-Si:H for photovoltaic conversion. The aim of this study is to bring a better comprehension between the structural and optoelectronic properties of pm-Si:H films prepared under different deposition conditions. We used various methods of characterizations, and in particular some electrical techniques of characterizations: measurements of conductivity and photoconductivity (constant photocourant method, modulated photocurrent, steady state photocarrier gratings)), which we coupled with methods of structural characterizations (Fourier transform infrared spectroscopy and hydrogen effusion experiments). We particularly studied the metastability of the pm-Si:H. After a systematic study of a large number of pm-Si:H films, we highlighted the deposition conditions which lead to films with good properties transport (high deposition rate, high and excellent stability of the ambipolar diffusion length of the minority carriers, better efficiency of the solar cells). A link between hydrogen bonding and transport properties is made that shows that to exhibit good transport properties the material has to present a peculiar microstructure revealed by the hydrogen bonding. However, the hydrogen bonding and/or content in this structure has to be adjusted via the deposition conditions to reach an optimum hydrogen incorporation leading to the best layers and the best solar cell devices.
Author: Marie-Estelle Gueunier
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Languages : en
Pages : 171
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Fabrication of high-efficiency stable multijunction solar cells requires low optical band gap materials. Thus, hydrogenated amorphous silicon-germanium alloys (a-SiGe:H) are of great interest for photovoltaic applications since the band gap can be decreased by increasing the germanium content. However, on one band, the addition of germanium in the silicon network was shown in the past to lead to a drastic deterioration of the electronic properties. On the other hand, improved electronic properties and stability had been observed on a new material, called hydrogenated polymorphous silicon (pm-Si:H). This material was deposited by PECVD in high pressure and high hydrogen dilution conditions. The aim of this thesis was to explore similar conditions of high pressure and high hydrogen dilution for the fabrication of SiGe alloys, with the hope that the improved properties observed on pm-Si:H could be extended to these alloys. The optical, structural, defect-related and transport properties of different series of alloys have been studied by a set of complementary techniques. The modulated photocurrent technique was particularly studied and some new developments were brought to this technique. We find that these new SiGe alloys exhibit some specific properties attributed to the peculiar hydrogen microstructure, which justifies that these alloys have been designed as hydrogenated polymorphous silicon-germanium alloys (pm-SiGe:H). First results of p-i-n diodes for which pm-SiGe:H alloys were incorporated in the intrinsic layer are also presented here. The efficiency of such devices is comparable to that of amorphous alloys (around 7%) and does not reveal the improved properties of the polymorphous material. We have identified that this is due to problems at the p/i interface. Solving these problems should greatly increase the performance of the devices.
Author: Yrébégnan Moussa Soro
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Languages : fr
Pages : 186
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Le silicium polymorphe hydrogéné (pm-Si:H) présente de meilleures propriétés électriques et moins de défauts métastables comparé au silicium amorphe standard (a-Si:H). C'est un matériau amorphe nanostructuré qui peut être obtenu dans les conditions proches de la formation de poudres. Toutefois, les études menées jusque-là sur ce matériau ont été limitées à des couches déposées à faibles vitesses (environ 1 Å/s). Le travail présenté dans ce mémoire est motivé par l'augmentation de la vitesse de dépôt du pm-Si:H. Plusieurs séries d'échantillons ont été déposées par la technique rf-PECVD à des vitesses comprises entre 5 et 10 Å/s. Des techniques complémentaires ont été utilisées pour caractériser les propriétés structurales, électroniques et de transport des différentes couches. Les propriétés du pm-Si:H déposé à grande vitesse ont été comparé à celles du a-Si:H standard. Nous avons mis en évidence la possibilité d'obtenir du pm-Si:H de bonne qualité avec notamment des valeurs de longueur de diffusion ambipolaire pouvant atteindre 290 nm en pratiquant des vitesses de dépôt jusqu'à 10 fois plus grandes. Afin de corréler la qualité du matériau avec les performances photovoltaïques, des modules de 10x10 cm2 composés de cellules p-i-n dont la couche intrinsèque (i) est faite avec du pm-Si:H déposé à grande vitesse ont été fabriqués et caractérisés. Les meilleurs modules ont donné des densités de courant de court-circuit pouvant atteindre 15,8 mA/cm2 et une tension de circuit ouvert de 940 mV par cellule. Ces relatives bonnes performances sont consécutives à une bonne collecte des porteurs de charge dans la couche i.
Author: BERNARD.. DIEM
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Languages : fr
Pages : 72
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ELABORATION ET MOYENS DE CARACTERISATION DES CELLULES: TECHNOLOGIE DES COUCHES MINCES, REALISATION DES DIODES SCHOTTKY, METHODES ET MOYENS DE CARACTERISATION. ETUDE EXPERIMENTALE DE GROUPEMENTS DE CELLULES: INFLUENCE DE LA DISPERSION DES CARACTERISTIQUES I-V SUR UN GROUPEMENT, PERTES DE PUISSANCE LORS D'UN DEFAUT D'OMBRE, ETUDE D'UN SYSTEME CONSTITUE D'UN GENERATEUR D'UNE CHARGE ET D'UNE BATTERIE D'ACCUMULATEUR
Author: Timothée Pingault
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Languages : fr
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La motivation de cette thèse est la production innovante de germes ultra-minces de silicium cristallin. L'utilisation de tels germes dans un procédé de fabrication de cellules solaires permettrait une réduction importante de la consommation de silicium, qui compte déjà pour 60% du coût de production des panneaux solaires de première génération. Dans le cadre de cette thèse, une méthode pionnière de détachement de germes minces a été mise en oeuvre. Dans cette méthode, une contrainte induite mécaniquement est guidée par des défauts étendus induits par l'implantation d'hydrogène. Par cette méthode, le détachement de germes minces d'environ 710nm d'épaisseurs a été obtenu. Le but est ensuite d'utiliser ces germes pour faire croitre du silicium cristallin avec des épaisseurs variables à souhait, soit une technique kerf-free : sans pertes. Cette étude présente ainsi les étapes menant à la mise en oeuvre de ce procédé : en premier lieu, un état de l'art des méthodes de détachement de films ultra-minces existants est réalisé. Celui-ci nous a ainsi guidés vers l'implantation d'hydrogène en tant que méthode viable du guidage de la fracture. Par la suite, différents tentatives de détachement de germes ultra-minces ont été réalisés puis caractérisés, notamment par MEB, MET, AFM et DRX. Dans de bonnes conditions de collage et de croissance de défauts, le détachement de germes ultra-minces de silicium cristallin a été réalisé. Par la suite, la croissance et la cristallisation de couches de silicium amorphe a été réalisée sur les germes détachés. Pour finir, certaines couches détachées ont été utilisées pour la production de cellules solaires prototypes.
Author: OLIVIER.. GLODT
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LE DEVELOPPEMENT DE DISPOSITIFS UTILISANT LE SILICIUM AMORPHE HYDROGENE COMME MATERIAU DE BASE: DIODE SCHOTTKY ET PIN POUR LES APPLICATIONS PHOTOVOLTAIQUES, STRUCTURES MIS POUR LES APPLICATIONS AUX ECRANS PLATS, MOTIVE EVIDEMMENT LES ETUDES MENEES SUR LA COMPREHENSION DES PHENOMENES DE TRANSPORTS. EN FAIT, LE TRANSPORT EST DOMINE PAR LES ETATS LOCALISES A DES ENERGIES COMPRISES ENTRE LE BAS DE LA BANDE DE CONDUCTION ET LE HAUT DE LA BANDE DE VALENCE (BANDE INTERDITE). L'EXPERIENCE DE TEMPS DE VOL, UTILISEE ORIGINELLEMENT POUR ETUDIER LA MOBILITE DE DERIVE DE PORTEURS CREES EN EXCES DANS LA COUCHE DE SILICIUM AMORPHE HYDROGENE, PERMET EN FAIT D'ACCEDER A DE NOMBREUX PARAMETRES PHYSIQUES DU MATERIAU. NOUS AVONS AINSI DEVELOPPE PLUSIEURS TECHNIQUES DE MESURES A PARTIR DE CETTE INFRASTRUCTURE EXPERIMENTALE POUR OBTENIR UNE SPECTROSCOPIE DE LA DENSITE D'ETATS LOCALISES DANS LA BANDE INTERDITE ENTRE LE BORD DE BANDE DE CONDUCTION ET LE NIVEAU DE FERMI D'OBSCURITE. CES TECHNIQUES DE MESURES, NOUS ONT PERMIS D'OBTENIR LES PROFILS DE CHAMPS ELECTRIQUES INTERNES EXISTANT DANS UNE DIODE SCHOTTKY OU PIN. ENFIN, L'ENSEMBLE DE CES MESURES ONT MIS EN EVIDENCE LES PROBLEMES LIES A LA RECOMBINAISON ET AU PIEGEAGE DES PORTEURS. C'EST AINSI QUE NOUS AVONS ETUDIE DANS UN CAS CONCRET LES STRUCTURES MIS L'IMPORTANCE DE LA RECOMBINAISON SUR LES PROPRIETES DE TRANSPORTS
Author: ERIC.. BARDET
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Pages : 166
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'ELABORER DES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES EN COUCHE MINCE EN SILICIUM POLYCRISTALLIN, A PARTIR DE COUCHES AMORPHES DEPOSEES DANS UN REACTEUR DE PULVERISATION R. F. MAGNETRON ET CRISTALLISEES THERMIQUEMENT EN PHASE SOLIDE. LES PROPRIETES DES COUCHES AMORPHES EN FONCTION DES PARAMETRES DE DEPOT SONT DISCUTEES. LA TECHNIQUE DE DEPOT PAR PULVERISATION PERMET DE FAIRE VARIER LA VITESSE DE DEPOT ET LE GAP OPTIQUE DANS DES GAMMES TRES ETENDUES. LA CRISTALLISATION DES COUCHES INTRINSEQUES EN PHASE SOLIDE EST ENSUITE ETUDIEE DANS LE BUT D'OBTENIR DE GRANDES TAILLES DE CRISTALLITES FAVORABLES AUX PHENOMENES DE TRANSPORT. NOUS DETERMINONS UNE METHODE DE MESURE DE LA TAILLE DES CRISTALLITES PAR DIFFRACTION DES RAYONS X, CORRELEE PAR DES MESURES DE REFLECTIVITE ET D'AFM, QUI CORRESPOND A LA TAILLE PERTINENTE POUR LES PROPRIETES DE TRANSPORT. NOUS MONTRONS QUE LE DESORDRE DE LA COUCHE AMORPHE DETERMINE PAR DIFFRACTION DES RAYONS X ET PAR PROFILOMETRIE, AINSI QUE SON CONTENU EN HYDROGENE, JOUENT UN ROLE IMPORTANT DANS LES PROCESSUS DE CRISTALLISATION. PLUS LE DESORDRE EST IMPORTANT ET/OU MOINS LE CONTENU EN HYDROGENE EST ELEVE, PLUS LA TAILLE DES CRISTALLITES APRES RECUIT EST GRANDE. PUIS NOUS ETUDIONS LE DOPAGE DES COUCHES AMORPHE ET POLYCRISTALLINE. LA CONCENTRATION DE DOPANTS INTRODUIT DANS LES COUCHES DIMINUE AVEC LE TAUX D'HYDROGENE PRESENT DANS LE PLASMA LORS DU DEPOT. L'EFFICACITE DE DOPAGE DE TYPE P CHUTE AVEC LA TEMPERATURE DE RECUIT LORS DE LA CRISTALLISATION MAIS RESTE TRES SUPERIEURE A CELLE DE TYPE N. ENFIN DES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES SONT REALISES ET LEURS CARACTERISTIQUES DISCUTEES.
Author: Najoua Zayyoun
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Languages : fr
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La réduction des coûts de production des cellules photovoltaïques et l'augmentation de leur rendement de conversion présentent aujourd'hui un fort intérêt technologique et écologique pour répondre aux problèmes de changement climatique engendrés par les énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel). La motivation de cette thèse est l'étude des procédés innovants de production de couches ultra-minces de silicium monocristallin de plusieurs centaines de nanomètres à plusieurs dizaines de micromètres d'épaisseur, basés sur les contraintes thermiques et l'implantation d'hydrogène à basse énergie. Le détachement des couches ultra-minces de silicium se fait sans perte de matière première, permettant ainsi de réduire la consommation du silicium afin de produire des cellules photovoltaïques à bas-coûts.Dans ce travail, nous avons tout d'abord déterminé par modélisation analytique et numérique les contraintes permettant le détachement du silicium par contraintes induites « Controlled-Spalling » et prédit l'épaisseur détachée des couches minces de silicium. Les modèles proposés dépendent des paramètres thermiques et élastiques des matériaux utilisés et de chargement thermique appliqué. Un bon accord entre les résultats théoriques et expérimentaux a été obtenu. Nous avons ensuite étudié les paramètres optimaux conduisant au détachement des films de silicium, à savoir l'épaisseur et la nature du substrat contraignant ainsi que l'épaisseur de la colle. Par la suite, des essais de détachement du silicium par contraintes induites guidé par l'implantation d'hydrogène ont été réalisés. Des caractérisations expérimentales et des simulations FEM des contraintes thermiques induites dans le silicium implanté à différents stades de recuits ont été faites permettant de comprendre les mécanismes mis en jeu lors du détachement du silicium fragilisé. Ensuite, des mesures par différentes techniques (Spectroscopie Raman, Profilomètre optique, MEB, Microscope optique numérique) des contraintes résiduelles et de la rugosité des films détachés par le procédé « Controlled-Spalling » ont été réalisées pour explorer les pistes conduisant à l'amélioration de la qualité de ces films.
Author: Chisato Niikura
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Languages : fr
Pages : 286
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CETTE THÈSE EST CONSACRÉE À L'ÉTUDE DES COUCHES EN SILICIUM MICROCRISTALLIN HYDROGÉNÉ ("micro"C-SI:H) PRÉPARÉES PAR DÉPÔT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR PAR FlLAMENT CHAUD (HWCVD) PROPOSÉ COMME UNE ALTERNATIVE À LA MÉTHODE CONVENTIONELLE DE DÉPÔT PAR PLASMA, AYANT POUR OBJECTIF L'OPTIMISATION DES PROPRIÉTÉS DES COUCHES POUR L'APPLICATION SUR CELLULES SOLAIRES. PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES COUCHES PRÉPARÉES UTILISANT SIH4 DILUÉ DANS H2 AVEC DIFFÉRENTES VALEURS DE DILUTION DH ONT ÉTÉ CARACTÉRISÉES PAR DIFFÉRENTES TECHNIQUES. PARTICULIÈREMENT, ANALYSE IN-SITU D'ELLIPROMÉTRIE INFRAROUGE A ÉTÉ, POUR LA PREMIÈRE FOIS, APPLIQUÉE A LA CROISSANCE DES COUCHES PAR HWCVD: ÉVOLUTION DE LA CONFIGURATION DES LIAISONS Sl-H A ÉTÉ CORRELÉE AVEC LES PROPRIÉTÉS STRUCTURALES. MEILLEURE LONGUEUR DE DIFFUSION DES PORTEURS A ÉTÉ OBTENUE POUR LES COUCHES EN "micro"C-SI:H PROCHES DE LA TRANSITION DES PHASES AMORPHE ET MICROCRISTALLINE: CECI PEUT ÉTRE DU AU RÉSEAU AMORPHE RELAXE QUI EST AMENÉ PAR RÉACTIONS DE RECONSTRUCTION INDUITES PAR DIFFUSION DES ATOMES H PENDANT LA CROISSANCE, ÉTANT SUGGÉRÉ PAR ANALYSES DES PROPRIÉTÉS STRUCTURALES. CEPENDANT, IL A ÉTÉ MONTRÉ QU'IL Y A UNE COUCHE D'INCUBATION AMORPHE ÉPAISSE FORMÉE AVANT LE NOYAUTAGE DES MICROCRISTAUX, QUI EMPÉCHE LE TRANSPORT ÉLECTRONIQUE DANS LA DIRECTION TRANSVERSALE DE CES COUCHES. DANS LE BUT D'AVOIR DES COUCHES EN "micro"C-Sl:H SANS COUCHE D'INCUBATION ET AVEC LES PROPRIÉTÉS FAVORABLES DE LA VOLUME ASSOCIÉES AUX COUCHES PROCHES DE LA TRANSITION DES PHASES, NOUS AVONS PROPOSE UN PROCÈDÉ DE DH VARIABLE TENANT COMPTE DES RÉSULTATS TRÉS POSITIFS GRÂCE AU PROCÉDÉ DE DH VARIABLE, DES COUCHES INTRINSÈQUES EN "micro"C-SI:H PRÉPARÉES PAR HWCVD ONT ÉTÉ APPLIQUÉES À LA FABRICATION DES CELLULES SOLAIRES. UN RENDEMENT DE 5,1 % OBTENU POUR DES CELLULES DE LA STRUCTURE N-l-P SUR SUBSTRAT EN VERRE A CONFIRMÉ UNE BONNE QUALITÉ DES COUCHES INTRINSÈQUES.LA VOIE POUR L'AMÉLIORATION DE LA PERFORMANCE DES CELLULES EST DlSCUTÉE EN CONSIDÉRATION DES RÉSULTATS.
Author: Hassen Dahman
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Languages : fr
Pages : 167
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Book Description
ETUDE, PAR UNE TECHNIQUE DE PHOTOCONDUCTIVITE, DE L'INFLUENCE DU DOPAGE PAR P SUR LE PRODUIT MOBILITE-DUREE DE VIE DES ELECTRONS ET SUR LA DENSITE D'ETATS DANS LA BANDE INTERDITE DE S-SI: H PREPARE PAR PULVERISATION CATHODIQUE REACTIVE. ETUDE DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE PREPARATION SUR LA MOBILITE PAR UNE METHODE DE TEMPS DE VOL; MISE EN EVIDENCE DE L'ACTIVATION THERMIQUE DE LA MOBILITE DANS UNE LARGE GAMME DE TEMPERATURES. INTERPRETATION DES RESULTATS PAR UN MODELE DE CONDUCTION, BASE SUR L'EXISTENCE DE FLUCTUATIONS DE POTENTIEL
