La réponse spectrale correspond au rendement quantiqueexterne (EQE) de la cellule solaire. Le rendement quantique externe correspond à la fraction entre le nombre de charges créées sur les photonsincidents, soit :
EQE = Jph
qN (λ) (C.21)
où Jph est le courant photogénéré (A), q la charge électronique (C) et N (λ) le nombre de photons incidents par unité de surface à une longueur d’onde λ.
La cellule solaire ayant une réflectivité non négligeable, on introduit alors le rendement quantiqueinterne, correspondant au nombre de charges créées sur les photons absorbés, soit :
IQE = Jph
qN (λ) [1 − R(λ)] (C.22)
où R(λ) est la réflectivité à une longueur d’onde λ. 3.2.1 Mesure de la réponse spectrale
Nous ne reviendrons pas ici sur le principe de la mesure de la réponse spectrale, largement détaillé dans la thèse de Pierre Papet [8].
Calibration de la cellule de référence
La réponse spectrale nécessite l’utilisation d’une cellule de référence. Or, nous nous sommes aperçu que cette cellule avait grandement besoin d’une nouvelle calibration. La calibration de la cellule de référence a été effectuée au laboratoire, permettant d’obtenir un spectre proche de celui mesuré dans d’autres laboratoires. La figure C.7 représente l’EQE de la cellule de référence avant et après calibration. On remarque notamment une augmentation de la réponse de la référence entre 400 et 600 nm. Cette augmentation est due à une dégradation de la face avant de la cellule de référence au fur et à mesure du temps.
En effet, alors que la réponse spectrale doit être inférieure à 1, nous observions sur nos cellules une réponse spectrale , ainsi qu’un rendement quantique interne, supérieur à 1.
Les mesures ayant été effectuées avant la calibration, nous avons néanmoins utilisé la réponse spectrale de la cellule de référence après calibration, ce qui nous permet d’obtenir des valeurs plus réalistes, que ce soit pour l’EQE que pour l’IQE.
Évaluation du courant de court circuit
Dans le cas où les résistances séries sont inférieurs à 10 Ω.cm2, on peut considérer que le courant photogénéré est égal au courant de court-circuit.
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 0,0 0,3 0,6 0,9 Avant Calibration Après Calibration R é p o n s e s p e c tr a le d e l a c e llu le d e r é fé re n c e Longueur d'onde (nm)
Fig. C.7 – Réponse spectrale de la référence avant et après calibration.
L’équation C.21 devient :
EQE = Jsc
qN (λ) (C.23)
Évaluer l’EQE revient donc à déterminer le courant de court circuit. Il est seulement né-cessaire de connaître le flux de photons. Lors de la détermination du courant de court circuit, on travaille à AM1.5G. Le flux de photons utilisé sera donc le spectre AM1.5G. En calculant le courant de court circuit Jsc à chaque longueur d’onde, on peut déduire le courant circuit total, égal à la somme des Jsc obtenus pour chaque longueur d’onde.
L’intérêt de la mesure de réponse spectrale est que nous avons travaillé avec un faisceau dont la taille est toujours la même. Afin d’éliminer les incertitudes, nous avons choisi de placer le faisceau entre les contacts. La zone éclairée est donc toujours une zone sans contact, ce qui nous permet de comparer les mesures obtenues d’une cellule à l’autre, et également de comparer facilement le Jsc.
3.2.2 Déduction du rendement quantique interne
L’équation C.22 montre qu’il est nécessaire de déterminer le rendement quantique externe et la réflectivité afin d’en déduire le rendement quantique interne. Afin d’être le plus précis possible, nous avons donc effectué la mesure du RQE et de la réflectivité sur le même surface de la cellule, toujours entre les contacts.
Les spectres obtenus nécessitent cependant une normalisation. En effet, la résistance pa-rallèle, la taille du spot, peuvent modifier la mesure de la réponse spectrale [188]. De plus, la réflectivité des cellules n’était pas toujours identique. Nous avons donc choisi de normaliser ces cellules. Dans la majorité des cas, nous comparons les effets portant sur la face avant ou la face arrière de la cellule. On peut donc supposer que la normalisation, effectuée autour de 600 nm, n’affecte ni la face avant, ni la face arrière.
NOM : BAZER-BACHI Date : 10 mai 2010 Prénoms : Barbara, Maria
TITRE : Développement et mise au point d’un procédé innovant de diffusion des dopants N et P pour la fabrication de cellules photovoltaïques silicium
NATURE : Doctorat Numéro d’ordre : 2010-ISAL-0025
École Doctorale : Électronique, Électrotechnique, Automatique Spécialité : Micro et Nanotechnologies
Cote B.I.U. - Lyon : T 50/210/19 / et bis Côte :
RÉSUME :
Ce travail de thèse propose un nouveau procédé de fabrication, compatible avec de faibles épais-seurs de substrat. En effet, à mesure que l’épaisseur diminue, la métallisation aluminium sur la face arrière engendre la courbure des cellules, limitant la fabrication des panneaux. L’usage d’un dopage au bore pour remplacer l’aluminium permet d’éviter la courbure. Il implique l’ajout d’une étape de diffusion, considéré comme coûteux. Le travail de cette thèse consiste donc en la diffusion des dopants N et P en une seule étape, par co-diffusion.
La formation de l’émetteur, par dopage N, a été effectuée par diffusion dans un four à basse pression (Lydop). La réduction des recombinaisons dans l’émetteur, dues aux précipités SiP, est étudiée. La variation des paramètres de diffusion permet de constater leur influence sur la qualité passivante de l’émetteur. De plus, une étude du recuit du nitrure de silicium hydrogéné montre que l’hydrogène permet la passivation de l’émetteur.
Le dopage P a été obtenu par la diffusion à partir d’un oxyde dopé au bore déposé par PECVD. La compréhension des mécanismes de diffusion à partir de l’oxyde dopé souligne l’importance de l’adaptation des débits de gaz précurseurs afin d’obtenir un dopage maximal, à une température modérée (850°C).
Une fois les deux techniques maîtrisées, des cellules solaires ont été réalisées au laboratoire et chez Photowatt. L’amélioration de la qualité de l’émetteur permet d’obtenir un gain en rendement de la cellule. La co-diffusion du bore et du phosphore, est également appliquée. Elle permet de réaliser des structures avec des contacts arrière localisés et de constater sa faisabilité sur une cellule industrielle.
MOTS-CLES : photovoltaïque, silicium, dopage, diffusion, bore, phosphore Laboratoire de recherche : Institut des Nanotechnologies de Lyon
Directeur de thèse : Mustapha Lemiti Président de jury : Gérard Guillot