Corrélation entre cristallographie, propriétés physiques, chimiques et électriques du Si photovoltaïque
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Date
2023
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Publisher
Ecole Nationale Supérieure de Technologie et d'Ingénierie. Annaba (Ex ENSMM)
Abstract
La compréhension du comportement des défauts et des impuretés dans le silicium multicristallin et monocristallin revêt une importance capitale pour les applications photovoltaïques. Cela permet de comprendre et, à terme, de maîtriser les mécanismes qui limitent la fabrication et les performances des cellules solaires fabriquées à partir de ce matériau. Malgré sa position dominante dans le secteur de l'énergie solaire, le silicium multicristallin doit constamment répondre à la demande croissante de réduction des coûts de fabrication et d'amélioration des performances. Au cours de ce stage, une approche utilisant trois diagnostics complémentaires a été adoptée pour caractériser les échantillons de silicium cristallin. Cela inclut l'analyse structurelle des grains et de leur orientation cristallographique, l'analyse chimique et l'analyse électrique. La spectroscopie à photoémission des rayons X (XPS) et la spectroscopie de masse des ions secondaires (SIMS) ont été utilisée avec succès pour caractériser les impuretés chimiques. La technique de diffraction des électrons par rétrodiffusion (EBSD) a été principalement employée pour caractériser la structure des grains. Enfin, la durée de vie des porteurs minoritaires a été mesurée à l'aide de la technique de photovoltage de surface (SPV).
On a conclu durant cette étude que la germination se fait principalement par maclage de type Σ3. D’une part, nous avons réussi à démontrer qu’en présence du cuivre sur la structure cristalline, la durée de vie du matériau diminue en générale au niveau des joints de macle Σ3, sauf que pour l’échantillon cast-mono, la ségrégation en Cu est plus importante au niveau du joint de mâcle Σ9. D’autre part, une meilleure durée de vie des porteurs de charges minoritaires est observée à l’intérieur du grain qu’aux joints de grains et mâcles.
La complémentarité de ces techniques nous ont permis d'étudier et de mieux comprendre les phénomènes physiques liés à la formation des grains, ainsi que l'importance des macles et l'influence des impuretés légères sur les propriétés photovoltaïques. Ces avancées contribuent à l'amélioration des performances des cellules solaires à base de silicium cristallin.