Étude de l’influence du recuit sur les propriétés optoélectroniques des cellules solaires à base de silicium
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Date
2025
Authors
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Publisher
Université Badji Mokhtar Annaba
Abstract
Cette thèse examine les effets de la dégradation induite par la lumière (LID) sur les plaquettes de silicium cristallin et les cellules solaires à base de silicium, en se concentrant à la fois sur les mécanismes physiques et sur des solutions d'instrumentation pratiques pour atténuer l'impact de la LID.
Dans une première partie, nous avons étudié des plaquettes de silicium monocristallin (Si-Cz) dopées au bore et recouvertes d'une couche de nitrure de silicium (SiNx). Le traitement thermique rapide (RTP) et l'exposition à la lumière ont révélé une augmentation initiale de la durée de vie des porteurs minoritaires (τ) due aux complexes fer-bore, suivie d'une diminution causée par la formation de complexes bore-oxygène, un effet bien connu sous le nom de dégradation induite par la lumière (LID). Des modèles cinétiques ont été utilisés pour analyser les interactions des défauts, corrélant le comportement de τ avec les concentrations de complexes hydrogène-bore.
De plus, un recuit dans l'obscurité a entraîné une dégradation supplémentaire, attribuée au processus de cuisson et à la présence d'hydrogène dans la couche SiNx. Ces résultats apportent des informations précieuses sur les mécanismes de formation des défauts dans les plaquettes de silicium. Dans une seconde partie, nous avons exploré les effets de la LID sur les cellules solaires (Al-BSF) à base de silicium, qui peuvent entraîner des pertes d'efficacité allant jusqu'à 10 % en raison de défauts de recombinaison induits par des impuretés. Les impuretés telles que le bore, le fer et l’oxygène présentes dans les cellules solaires monocristallines (Si-Cz) et multicristallines (Si-mc) jouent un rôle crucial dans la formation des défauts durant l'illumination. Pour répondre au besoin de tests LID précis et efficaces et afin de minimiser le facteur humain et l'inexactitude qui en résulte, une solution d'instrumentation virtuelle à faible coût a été développée, utilisant un système d'acquisition de données virtuel (VDAS)basé sur une carte Arduino associée au logiciel MATLAB/Simulink. Ce système permet de surveiller en temps réel les caractéristiques des cellules solaires, telles que la tension en circuit ouvert (VOC), avec un intervalle de période d'acquisition d'une seconde (1 s), durant les tests LID. La modélisation cinétique de VOC a révélé que des défauts métastables uniques dominaient la dégradation LID dans les cellules Si-Cz, tandis que plusieurs défauts contribuaient à une dégradation plus complexe dans les cellules Si-mc, en raison des différentes techniques d'élaboration du substrat. De plus, l'énergie d'activation thermique des défauts (Egen = 0.45 eV) a été déterminée à partir des mesures expérimentales de VOC.
Ce système réduit le temps de test et améliore la précision dans la caractérisation de la LID par rapport aux méthodes traditionnelles. Dans l'ensemble, ce travail fournit une compréhension complète des mécanismes de la LID tant dans les plaquettes de silicium que dans les cellules solaires, ainsi que des outils d'instrumentation pratiques qui améliorent l'efficacité et la précision des tests de LID dans la recherche photovoltaïque.
Description
Keywords
LID; plaquette de silicium; processus RTP