Implantation des deux faces

Nous avons vu dans le chapitre 3 que, suite à une implantation et un recuit aux alentours de 300°C, la durée de vie effective des porteurs de charge minoritaires du précurseur de cellule solaire était améliorée. Lorsque la température de recuit est supérieure à 350°C, les courbes qui présentent l’évolution de la durée de vie effective en fonction de la température de recuit des échantillons implantés et non-implantés se superposent. Ceci suggère qu’à haute température, la durée de vie est limitée par l’exodiffusion des atomes d’hydrogène de la face non implantée puis la dégradation du volume du wafer [9]. C’est pourquoi nous avons implanté les deux faces de précurseurs de cellules solaires.

Implantation à 5 keV avec une fluence de 1015 Ar.cm-2 Nous avons commencé en implantant un précurseur

de cellule solaire pi / c-Si / in (Figure 5-6) avec des ions Ar+ à 5 keV et une fluence de 1015 Ar.cm-2. Ici les faces ip et in ont été implantées l’une après l’autre. Comme attendu (Figure 5-7), l’implantation n’a pas d’impact sur la durée de vie effective des porteurs de charge minoritaires dans le précurseur de cellule solaire (1,8 ms). Les points orange plein et orange vide à 25 °C se superposent. En revanche un recuit à 200°C sous N2-H2 permet d’améliorer la durée de vie et cette amélioration se poursuit jusqu’à une température de 320°C, à laquelle la durée de vie atteint la valeur de 4,5 ms.

Figure 5-6 : Schéma du précurseur de cellule solaire implanté sur les deux

faces avec des ions Ar+ à 5 keV avec

Figure 5-7 : Durée de vie effective des porteurs de charge minoritaires dans les précurseurs de cellules

solaires ip / c-Si / in avant, après implantation d’ions Ar+ à 5 keV avec une fluence de 1015 Ar.cm-2 sur

chaque face et après implantation suivie d’une série de recuits entre 200°C et 400°C. Les symboles pleins représentent la durée de vie des précurseurs de cellules solaires après dépôt et les symboles vides, la durée de vie après l'implantation et les recuits successifs à différentes températures.

Après un recuit à 350°C la durée de vie diminue de nouveau. Implanter les deux côtés d’un précurseur de cellule solaire permet d’améliorer la durée de vie effective des porteurs de charge minoritaires (mesurée à une densité de porteurs en excès de 1015 cm-3) jusqu’à une température de 320°C et de garder une durée de vie supérieure à 1 ms jusqu’à 400°C. Ces résultats nous montrent que l’implantation à 5 keV des deux faces du précurseur de cellule solaire avec une fluence de 1015 Ar.cm-2 permet d’améliorer la robustesse du précurseur de cellule solaire à de plus hautes températures. En effet la durée de vie effective est encore supérieure à 1 ms après un recuit à 400°C.

Nous observons un autre effet positif de l’implantation du précurseur de cellule solaire sur les deux faces. En effet, comme nous pouvons le voir Figure 5-8, dans ce cas nous n’observons pas la chute de la durée de vie à haute densité de porteurs, que nous avions observée en implantant une seule face. Cette chute de la durée de vie à haute densité de porteurs a été observée pour les échantillons pi / c-Si / in implantés à des énergies de 5, 10 et 17 keV puis recuits à 300°C. Nous avons constaté au chapitre 3 (Figure 3-34) que cette perte de durée de vie était la plus prononcée à 5 keV et 1015 ions.cm-2.

Figure 5-8 : Durée de vie effective des porteurs de charge minoritaires de précurseurs de cellules

solaires a-Si:H/c-Si avec un empilement pi / c-Si / in, avant et après implantation d’ions Ar+ des deux

faces à 5 keV avec une fluence de 1015 Ar.cm-2 puis après implantation et une série de recuits entre

200°C et 400°C.

Nous supposons que la chute de la durée de vie à haute densité de porteurs, observée lors de l’implantation sur une face et encore incomprise, est due à une asymétrie des propriétés du précurseur de cellule solaire suite à l’endommagement par implantation.

Implantation Ar+ à 10 keV avec une fluence de 1014 Ar.cm-2

Nous avons ensuite augmenté l’énergie d’implantation des ions à 10 keV, puisque c’est avec cette énergie que nous avons obtenu les meilleurs résultats sur un précurseur de cellule solaire pi / c-Si / in implanté sur une seule face. Nous présentons Figure 5-10 la comparaison des durées de vie effective des porteurs de charge minoritaires pour un précurseur de cellule solaire pi / c-Si / in (Figure 5-6) non implanté en fonction de la température de recuit (losanges noirs), d’un échantillon pi / c-Si / ip (Figure 5-9) qui a été implanté de chaque côté avec des ions Ar+ à 10 keV et une fluence de 1014

Ar.cm-2 (croix marrons) et enfin d’un précurseur de cellule solaire pi / c-Si / in (Figure 5-6) qui a été implanté seulement du côté p (cercles rouges).

Figure 5-9 : Schéma du précurseur de cellule solaire implanté sur les

deux faces avec des ions Ar+ à 10

keV avec une fluence de 1014

Figure 5-10 : Durée de vie effective des porteurs de charge minoritaires de précurseurs de cellules

solaires pi / c-Si / in avant et après implantation d’ions Ar+ à 10 keV, avec une fluence de 1014 Ar.cm-2

d’un seul côté et d’un précurseur pi / c-Si / ip implanté dans les mêmes conditions mais de chaque côté et enfin après une série de recuits entre 180°C et 420°C. Les symboles pleins représentent la durée de vie des précurseurs de cellules solaires après dépôt et les symboles vides, la durée de vie après l'implantation et les recuits successifs à différentes températures.

Les implantations des deux côtés du précurseur de cellule solaire induisent une chute de la durée de vie plus importante que lorsqu’une seule face est implantée. Pour une implantation de chaque côté, la durée de vie commence à augmenter après un recuit à 250°C sous N2-H2 et atteint une valeur de 3 ms pour une température de recuit de 325°C. Pour la même température de recuit, le précurseur de cellule solaire pi / c-Si / in implanté uniquement du côté pi atteint une durée de vie effective supérieure à celle avant implantation. La durée de vie effective du précurseur implanté de chaque côté continue à s’améliorer avec les recuits jusqu’à une température de 320°C où la durée de vie effective est maximale (3,2 ms) mais reste inférieure à celle sans implantation (4,3 ms). Dans ce dernier cas, le maximum de durée de vie effective après implantation est obtenu après un recuit à 320°C, alors qu’il est atteint entre 275°C et 300°C pour un précurseur implanté sur une seule face.

L’implantation sur les deux faces permettrait de décaler l’amélioration de la durée de vie effective vers de plus hautes températures, mais ces mesures restent encore à compléter. Il serait tout aussi intéressant d’étudier l’implantation d’un précurseur de cellule solaire pi / c-Si / in dans les mêmes conditions.