La production d’électricité photovoltaïque a connu une forte croissance ces dernières années, mais présente encore des coûts de production élevés comparés aux autres sources d’énergie. Le silicium monocristallin est fréquemment utilisé comme couche active dans les cellules photovoltaïques, et la matière première silicium représente une part importante du prix final de la cellule. La couche de silicium est classiquement obtenue par sciage d’un lingot, entraînant une perte de matière première de l’épaisseur du trait de scie. Une technique innovante de détachement des films minces de silicium consiste à implanter de l’hydrogène à haute énergie dans le silicium puis à appliquer un traitement thermique pour détacher la couche de silicium implantée. Les pertes dues au trait de scie sont ainsi éliminées. Ce type de procédé est couramment utilisé en microélectronique avec des énergies de quelques centaines de keV pour le report de couches minces d’un substrat à un autre. Ce travail de thèse est l’un des premiers à étudier l’extension de ce procédé à des énergies comprises entre 1 et 3 MeV pour le détachement de films de 15 à 100 μm d’épaisseur. L’efficacité du détachement dépend fortement de l’orientation du silicium utilisé. Les caractérisations réalisées après implantation et à différents stades du traitement thermique permettent de mieux comprendre le mécanisme du détachement et de proposer un modèle théorique expliquant les différences d’efficacité du détachement constatées en fonction de l’orientation du silicium. Des essais exploratoires suggèrent plusieurs pistes pour l’optimisation des conditions d’implantation et de fracture, dans le but d’améliorer l’efficacité du détachement. / Photovoltaic power generation strongly increased in the last decades, but the cost of PV-generated electricity must be further reduced to be competitive. Monocrystalline silicon is widely used as the active layer, and silicon raw materials account for a large percentage of the price of PV-cells. Ingot sawing is commonly used to separate silicon layer, resulting in significant kerf-loss. An innovative kerf-free technique to separate a thin silicon layer consists of high energy implantation of hydrogen in silicon and subsequent annealing. Such a process is commonly used in the field of microelectronics to transfer thin layers from a substrate to another and involves low implantation energy from a few ten to few hundred of keV. In this work, we propose to extend this process to higher energy in the range 1-3 MeV, in order to separate free-standing layer with thickness in the range 15-100μm. Separation efficiency strongly depends on silicon orientation. Characterizations of implanted silicon were performed after implantation and at several stages of the heat treatment to investigate the separation mechanisms. A theoretical model was proposed to explain the effect of silicon orientation on the separation efficiency. Optimizations of implantation conditions and heat treatment parameters are also suggested in order to improve the yield of the separation process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013ORLE2016 |
| Date | 18 June 2013 |
| Creators | Braley, Carole |
| Contributors | Orléans, Ntsoenzok, Esidor |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
Page generated in 0.0018 seconds