performances photovoltaïques

V.2.2.1. Tension de circuit ouvert V

Pour rappel, il est possible de montrer que, pour les niveaux d’injection rencontrés dans cette étude (∆n~1013-1015 cm-3), Vco peut s’exprimer [SINTON96] [BOER10]:

( )

∆n est ici le niveau d’injection moyen dans la base (avec ∆n=∆p). Cette expression indique que deux paramètres du matériau SoGM-Si gouvernent la Vco, à savoir p0 ainsi que τ_eff, au travers du niveau d’injection (∆n sera d’autant plus grand que τeff est élevée pour un éclairement donné).

Avant toute mesure, la calibration de l’équipement de mesure I-V a été faite à l’aide d’une cellule SoGM-Si dont la réponse spectrale est proche de celle des cellules étudiées ici. Les résultats des mesures de Vco sont présentés sur la Figure 90 en fonction de la hauteur de lingot (à gauche), ainsi que de p0 (à droite).

Figure 90 Variations de V_co mesurées pour les cellules des lingots multi1 et multi2 en fonction de la hauteur de lingot (à gauche) et de la densité de porteurs de charge p₀ (à droite).

L’expression I-9 permet d’interpréter du moins qualitativement les effets de la compensation des dopants sur la Vco. La réduction observée en haut de lingot provient de la diminution de p0

autour de la transition de type (qui survient autour de 90% de la hauteur).

Egalement, les valeurs de Vco mesurées à une hauteur donnée (à une p0 donnée) sont légèrement supérieures sur le lingot multi1, pour lequel les τeff sont plus élevées (voir chapitre IV). Toutefois, cet effet de τeff sur la Vco est très faible. Il semble que la réduction de p0 (ou, similairement dit, de la réduction de la hauteur de barrière interne) gouverne majoritairement la Vco

pour les cellules étudiées.

La dépendance linéaire de Vco vis-à-vis de ln (p0) mise en évidence sur la Figure 90 (à droite) supporte cette conclusion. En effet, l’observation de cette dépendance indique, d’après l’expression I-9, que ∆n (et donc τ_eff) n’est pas le paramètre qui gouverne Vco au premier ordre.

V.2.2.2. Courant de court-circuit J

Les variations de Jcc sont présentées sur la Figure 91. Deux points principaux sont à noter. Premièrement, le Jcc est plus élevé pour le lingot multi1, quelle que soit la fraction de lingot. Ceci est en accord avec les τeff, qui sont plus élevées dans le multi1 quelle que soit la hauteur dans le lingot (voir chapitre IV). Néanmoins, le Jcc n’augmente pas continuellement avec la hauteur de lingot, comme les mesures de τeff le laissaient présager. Au contraire, Jcc montre une forte réduction à l’approche des transitions de type, où les degrés de compensation (K) sont élevés (vers 70-80% de la hauteur).

Le Jcc dépend principalement de la longueur de diffusion effective Leff~(τeff×µmin)0,5. La décroissance du Jcc à forts K pourrait donc être expliquée par une forte réduction de µmin avec K, dont l’amplitude serait suffisante pour contrebalancer l’augmentation de τeff avec la hauteur du lingot.

Pour tester cette hypothèse, des cartographies de Leff à l’aide de la technique LBIC ont été effectuées sur 3 cellules du lingot multi1 (qui montre le moins de dispersion dans les données) à 14, 42 et 87% de hauteur. Ces mesures ont respectivement fourni des valeurs moyennes de Leff de 100, 103 et 93, comme présenté sur la Figure 91. Il convient tout de même de noter que Leff ayant été mesurée en conditions de court-circuit, le ∆n associé à cette mesure est plus faible que celui utilisé pour les mesures de τeff. Par conséquent, les valeurs expérimentales de τeff ne peuvent pas être utilisées pour quantifier les variations de µmin le long du lingot. Néanmoins, lorsque le bore limite

τeff (cas des matériaux étudiés), τeff ne dépend que très peu du ∆n et on peut légitimement penser qu’au moins la tendance de τeff le long du lingot est conservée à plus faible ∆n. En d’autres termes,

τ_eff devrait toujours augmenter avec la hauteur de lingot aux ∆n utilisés pour les mesures de Leff. En conclusion, la réduction de Leff observée proche de la transition de type est probablement causée par une réduction de µmin à forts K. Ceci constitue un résultat important, puisque l’effet négatif du degré de compensation (K) sur µmaj mis en évidence au chapitre précédent semble également affecter µmin. A noter que d’autres équipes de recherche ont mis en évidence de telles réductions de µmin avec K [LIM11][ROUGIEUX10].

V.2.2.3. Rendement de conversion ηηηη

Les facteurs de forme (FF) obtenus sont relativement dispersés. Ils sont respectivement de 75,3 ±1,7 et 74,9 ±2,5 pour les lingots multi1 et multi2. Cette dispersion provient notamment de la difficulté que nous avons éprouvée à optimiser la température du co-recuit, en rapport avec la forte épaisseur des plaquettes étudiées (~400 µm). Il en résulte que les rendements de conversion énergétique mesurés (η) montrent également une forte dispersion (Figure 92).

Malgré cette dispersion, on note que les réductions simultanées de Jcc et de Vco à l’approche de la transition de type de conductivité entraînent une baisse conséquente du η, particulièrement visible sur le lingot multi1. Néanmoins, cette réduction ne concerne que les cellules situées vers 86 et 87 % de hauteur (transition à 88%). Ces dernières sont caractérisées par des K très élevés (>15). En dehors de cette fine portion de lingot et de la red-zone (jusqu’à 30-35% de hauteur), la Figure 92 montre que des η satisfaisants et reproductibles peuvent être atteints avec un procédé industriel.

Figure 92 Variations du rendement de conversion (h) pour les cellules des lingots multi1 et multi2

Malgré le co-recuit non optimisé, les η moyens sont respectivement de 15,1% et 15,0% pour les lingots multi1 et multi2, avec un η maximum remarquable, légèrement au dessous de 16%. La cellule associée à ce maximum contient des teneurs en dopants de [B]=2,8×1017 cm-3 (2,15 ppmw) et [P]=1,4×1017 cm-3 (3,1 ppmw). Des η plus importants devraient être atteints à l’aide d’un procédé optimisé (lignes de grille plus fines, émetteur moins profonds, émetteur sélectif …).

Ces très bons résultats démontrent que les substrats SoGM-Si très fortement dopés et compensés peuvent conduire à l’obtention de performances photovoltaïques initiales très satisfaisantes.

V.2.3. Comparaison avec les résultats