Cette thèse est consacrée au silicium polymorphe hydrogéné (pm-Si:H). Elle porte tout d'abord sur une étude du pm-Si :H puis sur une étude des cellules photovoltaïques fabriquées à partir de ce matériau. Le pm-Si:H est formé de couches minces nanostructurées et peut être déposé par PECVD conventionnelle. Les effets des différents paramètres de dépôt (mélanges gazeux, pression, puissance RF, température du substrat) sur les propriétés du matériau ont été étudiés pour optimiser sa qualité. La caractérisation des couches a été un enjeu primordial. Pour cela, nous avons choisi de combiner une palette très large de méthodes de caractérisation (ellipsomètrie spectroscopique, exodiffusion d'hydrogène, SIMS, FTIR, AFM, etc...). A cause de la contribution des nanoparticules de silicium dans le plasma, la nature du dépôt du pm-Si:H montre la différence contrairement au a-Si:H pour lequel le dépôt se fait par le biais de radicaux ionisés. L'étude des conditions du procédé nous a conduit à fabriquer des cellules solaires d'un rendement initial de 9.22 % avec un facteur de forme élevé (74.1), mais aussi de démontrer des effets de vieillissement inhabituels, tels que i) une dégradation initiale rapide, ii) une dégradation irréversible, et iii) de grands changements structuraux macroscopiques. Nous avons découvert que le principal problème se situe entre le substrat et la couche mince de silicium. L'hydrogène moléculaire diffuse et s'accumule à l'interface entre le substrat et la couche mince, ce qui introduit un délaminage local qui a pour conséquence une dégradation initiale rapide des performances des cellules. Nous avons trouvé que sous éclairement une structure PIN facilite l'accumulation d'hydrogène et le délaminage à l'interface entre le substrat et la couche dopée p. Cependant, l'utilisation d'une structure NIP empêche l'accumulation d'hydrogène et le délaminage. Cela nous a permis de fabriquer des cellules solaires pm-Si:H de structure NIP d'un rendement stable de 8.43 %, mais aussi de démontrer une degradation minimale (10 %) après un vieillissement de 500 heures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:pastel.archives-ouvertes.fr:pastel-00747463 |
| Date | 09 October 2012 |
| Creators | Kim, Ka-Hyun |
| Publisher | Ecole Polytechnique X |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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