Etude et réalisation des contacts métalliques des cellules solaires à base de silicium monocristallin de type n

Abstract

Cette thèse étudie l'optimisation des contacts métalliques pour les cellules solaires au silicium monocristallin de type n, en se concentrant sur les défis associés à la métallisation des émetteurs p+ dopés au bore. La recherche est centrée sur l'utilisation de pâtes d'alliage argent-aluminium (Ag/Al) et sur l'étude de l'influence des profils de cuisson et de la teneur en aluminium sur la formation des contacts, la résistance de contact, la résistance de shunt et, en fin de compte, la performance de la cellule. Une analyse complète des mécanismes de formation des contacts est présentée, en utilisant une série de techniques de caractérisation avancées. La microscopie électronique à balayage est utilisée pour révéler les détails complexes de la morphologie du contact, y compris le comportement de frittage, les changements de porosité et la formation de pointes Ag/Al. L'analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS) donne un aperçu de la composition élémentaire et de la distribution de l'Ag et de l'Al dans les contacts. La diffraction des rayons X confirme la formation de diverses phases intermétalliques Ag/Al au cours du processus de recuit. La spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS) complète cette méthode en fournissant des profils en profondeur des concentrations d'éléments, élucidant le rôle de la diffusion de l'aluminium dans la formation de l'émetteur p+ en fonction des paramètres de recuit et de la composition de la pâte. Les propriétés électriques des contacts sont quantifiées à l'aide de mesures par sonde à quatre points, qui sont utilisées pour corréler la résistance de la feuille avec les variations des conditions de recuit et de la teneur en aluminium de la pâte. Nous avons notamment montré qu'une concentration d'aluminium de 1.34% dans la pâte Ag/Al et un recuit à 740°C permettaient d'atteindre une résistance de contact de 1.5 mΩ·cm² et une profondeur d'émetteur p+ de 0.5μm.Cette approche globale permet d'identifier une fenêtre de traitement optimale pour les profils de cuisson et la concentration d'aluminium qui permet d'équilibrer une faible résistance de contact avec une résistance de shunt minimale, un facteur critique pour atteindre des rendements de conversion élevés, en particulier dans les architectures de cellules nPERT où des contacts de haute qualité sur l'émetteur p+ dopé au bore sont essentiels. Cette étude fait progresser de manière significative notre compréhension de la formation des contacts Ag/Al et fournit des conseils pratiques pour améliorer les performances de la technologie des cellules solaires au silicium de type n.