Etude et modélisation de la conduction électrique dans des couches minces de silicium poly-cristallin destinées à des applications photovoltaïques
No Thumbnail Available
Date
2025
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université Badji Mokhtar Annaba
Abstract
Les couches minces de silicium poly-cristallin (Si-poly) sont largement utilisées dans les applications photovoltaïques. Cependant, le principal inconvénient est l’activité électronique des joints de grains qui affecte les performances des cellules solaires basées sur ce type de matériau. Dans ce travail, nous avons étudié la modélisation de la conduction électrique dans des couches minces de Si-poly. Nous en avons déduit que le modèle de piégeage des porteurs, permet d’expliquer d’une façon relativement satisfaisante les caractéristiques électriques en fonction du dopage et de la température. Cependant, pour permettre une meilleure explication des variations des caractéristiques électriques dans le Si-poly, on doit tenir compte des deux modèles de conduction : le modèle de ségrégation des atomes de dopant et celui du piégeage des porteurs aux joints de grains. Par ailleurs, afin de minimiser l’impact de l’activité électronique des joints de grains, qui influence le rendement de conversion photovoltaïque, des traitements thermiques préalables au dopage ainsi que des recuits sous hydrogène ont été effectués sur des couches minces de Si-poly dopées au phosphore. Des caractérisations par mesures d’effet Hall (HMS-3000) ont montré que les traitements thermiques avant dopage permettent d’améliorer la concentration en porteurs libres de 15 à 55% pour des
températures comprises entre 1000 et 1150 °C. De plus, ils favorisent une augmentation de la mobilité des porteurs ainsi qu’une réduction de la résistivité des couches minces étudiées. En revanche, le recuit sous
hydrogène a permis une augmentation de 10 à 18% de la concentration en porteurs libres, une réduction de la résistivité et une amélioration de la mobilité des porteurs. Des analyses par microscope électronique à
balayage (MEB) ont confirmées les résultats obtenus par HMS-3000. Elles ont montré que l’augmentation de la température des traitements thermiques avant dopage entraîne une croissance de la taille moyenne des grains. Cela se traduit par une réduction du volume global des joints de grains, entraînant à son tour une diminution de la densité des états pièges et des sites de ségrégation. On en déduit ainsi que des traitements thermiques suivis d’un recuit sous hydrogène favorisent la passivation des joints de grains, et conduisent à une amélioration des caractéristiques électriques, et par suite, du rendement des cellules solaires fabriquées à base des couches minces de Si-poly.
Description
Keywords
silicium poly-cristallin; joints de grains; modélisation de la conduction;
passivation; traitements thermiques; hydrogénation; applications photovoltaïques