Les parties précédentes nous ont permis de mettre en valeur les différents mécanismes de durée de vie. La durée de vie effective, quantité variable en fonction du taux d’injection, prend en compte tous les mécanismes de recombinaisons présents dans un substrat. Chaque mécanisme de recombinaison a une dépendance différente en fonction du niveau d’injection (figure C.1).
1E-3 0,01 0,1 1 D u ré e d e v ie ( s e c ) Radiative Auger SRH Emetteur Effective
1E11 1E12 1E13 1E14 1E15 1E16 1E17 1E18 1E-6 1E-5 1E-4 D u ré e d e v ie ( s e c ) Niveau d'injection (cm-3)
Fig. C.1 – Variation des différents mécanismes de durée de vie (Radiatif, Auger, SRH, Émetteur) et de la durée de vie effective en fonction du niveau d’injection. Les paramètres utilisés pour ces variations sont : NA = 1, 7.1015, τn0 = 1, 69.10−5, τp0 = 1, 69.10−4 (cas d’un wafer Cz),
J0e= 335f A.
Ainsi, alors que la durée de vie Auger manifeste son influence aux forts niveaux d’injection, on observe une augmentation de la durée de vie SRH. Par contre, les recombinaisons SRH sont majoritaires aux faibles niveaux d’injection.
Il est donc difficile de remonter aux durées de vie théoriques pour un échantillon quelconque. Néanmoins, il peut être intéressant de remonter à l’influence d’un paramètre traduisant un méca-nisme de durée de vie particulier. Pour cela, le choix de conditions d’expérimentation spécifiques peut permettre d’attribuer les variations de durée de vie effective à un phénomène particulier.
La majeure partie de cette étude concerne l’étude de l’émetteur. Voyons maintenant les techniques d’extraction du courant de saturation de l’émetteur à partir des mesures de durée de vie effective.
Extraction du courant de saturation de l’émetteur
Il est possible, à partir de la mesure de durée de vie Sinton, d’extraire le courant de saturation
J0e. Si l’on considère un substrat, de type P, dont les deux faces contiennent un émetteur, l’équation C.2 s’écrit alors :
1 τef f = 1 τb + 2 τem (C.12) où le premier terme correspond à la durée de vie dans le substrat, et le deuxième, à la durée de vie dans les deux émetteurs. L’équation C.12 peut également s’écrire de la manière suivante
[14] : 1 τef f = 1 τb +2J0e(∆n + NA) qwbn2i (C.13)
C’est à partir de cette équation que repose le principe de l’extraction du courant de saturation de l’émetteur. En effet, J0e peut être déterminé à partir de la mesure de durée de vie, il dépend du niveau d’injection. Deux techniques d’extraction ont été proposées. La première, développée par Kane et Swanson [181], part d’une structure n+pn+, avec un substrat faiblement dopé, dont la durée de vie effective est évaluée à fort niveau d’injection. Il vient donc :
1 τef f = 1 τb + 2J0e∆n qwbn2 i avec ∆n >> NA (C.14)
Tracer l’inverse de la durée de vie en fonction du niveau d’injection permet donc d’extraire le courant de saturation de l’émetteur d’une manière simple. Cependant, cette méthode suppose que la durée de vie du substrat τb ne dépend pas du niveau d’injection, ce qui est faux, surtout à fort niveau d’injection. A fort niveau d’injection, les durées de vie radiative et SRH sont négligeables, τb peut être considéré comme correspondant à la durée de vie Auger. Il est donc nécessaire, pour une détermination précise du J0e, de connaître la durée de vie SRH, et l’équation suivante sera appliquée :
1 τef f − 1 τAuger = 2J0e∆n qwbn2i (C.15)
La détermination du J0e passe donc par la connaissance de la durée de vie Auger, dont Kerr propose une paramétrisation plus réaliste que la paramétrisation classique [14]. Les travaux de Reichel et al. [182] ont récemment confirmé que l’utilisation du modèle Auger de Kerr permet une détermination plus précise du J0e. C’est donc cette paramétrisation que nous utilisons dans la thèse.
L’autre solution afin de déterminer J0e est de considérer que le niveau d’injection est bien inférieur au dopage. Dans ce cas, l’équation C.13 devient :
1 τef f = 1 τb +2J0eNA qwbn2i avec ∆n << NA (C.16)
A faible niveau d’injection, la durée de vie effective ne dépend pas du niveau d’injection, mais seulement de la durée de vie du substrat τb. La détermination du J0e passe donc par la connais-sance de τb. Afin de déterminer τb, on néglige les recombinaisons radiatives, et, si l’on considère un substrat de bonne qualité (Fz), on peut alors aussi considérer les recombinaisons SRH comme négligeables. τb dépend donc seulement des recombinaisons Auger. Dans ce cas, il est donc aussi possible de déterminer le J0e.
L’étude comparative réalisée par Reichel montre que les deux méthodes d’extraction, soit pour un dopage du subtrat faiblement ou fortement dopé, mènent à des résultats semblables. Pour notre part, nous avons utilisé la première méthode, utilisant des émetteurs très faiblement dopés (>500 ohm.cm) et travaillant à haut niveau d’injection.
D’autres méthodes permettent d’extraire d’autres paramètres traduisant les mécanismes de recombinaison. Ces méthodes ne rentrent pas dans le cadre de cette étude. On pourra néanmoins se référer aux travaux de Cuevas et al (revue générale) [183], Kerr (effet Auger) [14], MacDonald et al. (piégeage) [184], Dauwe (surface) [185].
2 Mesure de résistance de contact - Méthode TLM
La résistance de contact influe sur la résistance série de la cellule. Cette résistance dépend : – du matériau,
– du type de dopant, – du matériau de contact, – du dopage en surface.
Ces différents paramètres, notamment la concentration en surface, vont permettre d’évaluer l’effet de la formation de la zone fortement dopée sur la résistance série, via la résistance de contact.
Le méthode TLM (ang. Transmition Length Method) permet de déterminer la résistance de contact et plus précisément la longueur de transfert LT. Celle-ci caractérise la distance sur laquelle a lieu le transfert de courant entre le métal et le semi-conducteur (figure C.2). Il est aisé de comprendre que plus la résistance carrée de la couche diffusée, ou la résistance de contact entre le métal et le semi-conducteur sont élevées, plus la longueur de transfert sera faible.
Couche diffusée de résistance Rsq Métal LT L Résistance de contact R I contact RC Substrat
Fig. C.2 – Schéma de principe de la longueur de transfert
Ainsi, Schroder et al. ont déterminer la relation reliant la longueur de transfert, la résistance carrée et la résistivité de contact [43] :
LT =
r ρc
Rsh (C.17)
La résistivité de contact ρc(Ω.cm2) correspond à la résistance de contact Rc, sur une surface de 1 cm2.
Entre deux contacts, la résistance totale RT que rencontre le courant est :
RT = 2Rc+Rshl
w (C.18)
Concrètement, nous mesurons la résistance totale entre deux contacts, distants d’une lon-gueur l1 (figure C.3(a)), puis l2,... Nous pouvons ainsi tracer le graphe C.3(b), à partir duquel nous obtenons la résistance de contact et la résistance carrée (équation C.18).
Nous connaissons alors la résistance de contact et la résistance carrée. Il est alors possible d’en déduire la résistivité de contact et la longueur de transfert, à partir de l’équation C.17.
L1 L2 L3 L4 L 5
d
w = longueur du contact Contact
Couche diffusée Substrat
(a) Exemple de motif TLM utilisé pour la déter-mination de la résistance de contact.
RT
Droite de pente
RSH/w
2RC l
(b) Courbe obtenue après la mesure TLM
Fig. C.3 – Schémas expliquant le principe de la mesure TLM
– le contact n’est pas allié ; la résistance carrée sous le contact est la même que celle entre les contacts.
– la largeur du contact d est deux fois supérieure à la longueur du contact w ; autrement, le contact électrique est long.
3 Mesure des caractéristiques électriques et optiques d’une
cel-lule solaire
Différents outils de mesure sont disponibles afin de mesurer les caractéristiques électriques de la cellule, soit le courant de court circuit Jcc, la tension de circuit ouvert Vco, les résistances série
Rs et parallèle Rp le facteur de forme F F , le rendement η, le rendement quantique interne RQI. Nous allons voir ici les principes des différents outils de mesure, mais le plus important dans cette partie est bien de montrer la fiabilité des mesures, et leur reproductibilité. Nous verrons ainsi quel choix nous avons fait afin de rendre la mesure la plus fiable et comparable possible.