Faculté des sciences

Cellules solaires en couches minces de silicium amorphe : effets du substrat réflecteur texturé et de la couche intrinsèque sur le courant photo-généré

Terrazzoni-Daudrix, Vanessa ; Shah, Arvind (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel : 2004 ; 1780.

Les buts de ce travail de thèse sont, tout d'abord, de comparer les efficacités stabilisées des cellules en a-Si:H déposées à différentes températures comprises entre 190°C et 325°C, deuxièmement, d'augmenter leur courant de court-circuit (Jsc) en utilisant des substrats rugueux réflecteurs et diffuseurs de lumière, et troisièmement, d'examiner différentes méthodes pour... Plus

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    Résumé
    Les buts de ce travail de thèse sont, tout d'abord, de comparer les efficacités stabilisées des cellules en a-Si:H déposées à différentes températures comprises entre 190°C et 325°C, deuxièmement, d'augmenter leur courant de court-circuit (Jsc) en utilisant des substrats rugueux réflecteurs et diffuseurs de lumière, et troisièmement, d'examiner différentes méthodes pour caractériser la couche intrinsèque et le substrat avant leur incorporation dans les cellules. Ainsi, des cellules solaires en couches minces de silicium amorphe (a-Si:H) ont été déposées dans la configuration n-i-p par la technique de dépôt chimique assisté d'un plasma haute fréquence (VHF?PECVD). L'épaisseur des cellules a été maintenue inférieure à un demi?micron et différentes catégories de substrats ont été utilisées pour cette étude. Dans un premier temps, deux paramètres de dépôt (température et rapport des flux des gaz précurseurs SiH4 sur H2) ont systématiquement été variés pendant la fabrication du matériau intrinsèque. Les couches déposées sur verre ont été caractérisées dans l'air et ensuite incorporées dans les cellules. Ce travail a montré que la largeur de la bande interdite (Egap) du a-Si:H augmente lorsque la température diminue. De plus, les cellules déposées à 275°C ont une efficacité stabilisée plus élevée que celle des cellules déposées à plus basse température. Les valeurs d'efficacité plus faibles à 190°C sont directement liées aux plus faibles courants Jsc photo-générés, ce dernier étant corrélé avec les variations de la largeur de la bande interdite du a?Si:H mentionné ci-dessus. Ensuite, des substrats réflecteurs et diffuseurs, réalisés à partir d'une couche métallique et d'une couche d'oxyde transparent conducteur avec différentes rugosités, ont été fabriqué sur verre et sur PolyEthyleneTerephtalate (PET). Différents procédés, c'est-à-dire différentes méthodes de traitement de surface et de dépôt, conduisant à quatre catégories de textures aléatoires et une texture périodique ont été étudiés. Les échantillons ont été caractérisés dans l'air par spectrophotométrie et par Microscopie à Force Atomique (AFM), avant d'être incorporé dans des cellules solaires en a-Si:H d'épaisseur 250nm. Concernant la morphologie des différents types de textures, la forme de cette dernière dépend de la catégorie de substrat considérée : seules les dimensions varient entre 0.5mm et 2mm pour les périodes représentatives et entre 60nm et 350nm pour les hauteurs représentatives. Tous les substrats testés ont conduit à une augmentation du courant Jsc généré par les cellules. Néanmoins, les plus performants, pour lesquels le courant Jsc est augmenté de 20%, ont une rugosité RMS proche de 60nm et des hauteurs représentatives proches de 180nm. De plus, dans le cas des substrats testés au cours de ce travail, le rapport hauteur moyenne sur période moyenne s'est révélé être un paramètre important pour augmenter le Jsc des cellules : les gains maximum ont été obtenus pour des rapports proches de 0.25. Concernant les propriétés optiques mesurées dans l'air, elles dépendent à la fois de la forme et de la taille des textures ; en effet, la rugosité RMS et le facteur de Haze (c'est-à-dire le rapport entre le coefficient de réflexion diffuse et coefficient de réflexion total) sont corrélés seulement si les différentes catégories de substrats sont considérées séparément. Dans ce cas, une relation entre ces deux paramètres peut être définie et la rugosité RMS, qui a un effet significatif sur le courant de court circuit Jsc généré par les cellules, peut être estimée à partir des mesures optiques.