Refining of metallurgical silicon for crystalline solar cells

International audienceA plasma-retining technique is applied to upgraded metallurgical grade silicon (UMG) to produce solar grade silicon for multi-c silicon ingots at direct costs lower than 15€/kg. Using oxygen and hydrogen as reactive gases injected in the plasma, boron is removed from the material mainly in form of BOH and BO. The boron volatili- Zation time has been reduced to 50 min compared to previous processes, by increasing the temperature of the silicon bath. At the same time, the Al, Ca, C, O concentrations are strongly reduced. From a Íirst batch of puritied UMG Silicon, multi-crystalline ingots (l2kg), wafers (125X125mm2) and solar cells have been produced for an evaluation of this intermediate material. The obtained solar cells gave efticiencies of up to ll.7%. Process development towards an up-scaled pilot equipment is on the Way to further increase the puritication efticiency

Les cellules solaires au silicium cristallin

Après une description sommaire des principaux phénomènes relatifs à la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire par des cellules à jonction p-n, on détaille les propriétés des cellules au silicium, qui est actuellement le matériau le plus utilisé. Les particularités du silicium polycristallin à gros grains (ou multicristallin) sont décrites, en mettant en évidence l’importance de l’interaction entre impuretés et défauts cristallographiques sur le rendement de conversion des cellules. Enfin, quelques innovations sont évoquées

Propriétés électriques de nanocavités créees dans du silicium cristallin par implantations d'ions He et H - applications

Les propriétés électriques des nanocavités ont été étudiées après leur création par implantation d'ions He ou H (250keV-3.10(puissance 16) cm-2) dans du silicium Cz de type p. Les techniques expérimentales utilisées sont les techniques C-V, D.L.T.S, I-V, L.B.I.C. Les images M.E.T révèlent une distribution hétérogène de nanocavités à une profondeur Rp, avec Rp(He)=1.25 (micro)m et Rp(H)=2.3 (micro)m. Les mesures électriques suggèrent que les cavités sont chargées négativement au moment de leur formation et seraient neutralisées par capture de trous. Lorsque les cavités entrent en déplétion, les trous piégés sont émis et la concentration de charges fixes dans la R.C.E augmente jusqu'à 10(puissance 17) cm-3 autour de Rp. Ces charges proviennent de niveaux pièges centrés à 0,45 eV (He) et 0,35 eV (H) au dessus de la bande de valence. Les cavités peuvent accumuler des impuretés métalliques présentes à l'état de trace dans le cristal; ce qui permet de les détecter et de les identifier par S.I.M.S et de développer un effet "getter" qui purifie le matériau.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Cartographies de durées de vie des porteurs minoritaires et d'impuretés métalliques dans le silicium cristallin par déphasage micro-ondes

LA DUREE DE VIE DES PORTEURS MINORITAIRES EST UN PARAMETRE ESSENTIEL DANS L'ETUDE DES MATERIAUX SEMICONDUCTEURS. DES MESURES A CHAQUE ETAPE DE FABRICATION D'UN COMPOSANT DE L'ELECTRONIQUE OU D'UNE CELLULE SOLAIRE EN SILICIUM, PERMETTENT DE SUIVRE L'EVOLUTION DU MATERIAU ET DE VEILLER A TOUTE DEGRADATION INVOLONTAIRE. DANS LE CAS DE MATERIAUX HETEROGENES (COMME LE SILICIUM MULTICRISTALLIN OU LE SILICIUM MONOCRISTALLIN CONTENANT DES DEFAUTS DE CROISSANCE) DES CARTOGRAPHIES DE DUREE DE VIE SONT NECESSAIRES POUR ANALYSER CHAQUE ZONE DU MATERIAU. LA TECHNIQUE DU DEPHASAGE MICRO-ONDE DITE DU PHASE-SHIFT (W-PS) PERMET L'ETABLISSEMENT DE CARTOGRAPHIES DE DUREE DE VIE DES PORTEURS MINORITAIRES AVEC UNE HAUTE RESOLUTION LATERALE DE 50M. CETTE TECHNIQUE EST SANS CONTACT (UTILISATION DE MICRO-ONDES A 10GHZ) ET EVITE TOUTE INTERVENTION SUR L'ECHANTILLON QUI POURRAIT LE MODIFIER. DE PLUS ELLE FONCTIONNE AVEC UN NIVEAU D'INJECTION QUASIMENT CONSTANT CAR LA LUMIERE D'EXCITATION EST SINUSOIDALEMENT MODULEE EN PETIT SIGNAL AUTOUR D'UN NIVEAU D'ECLAIREMENT CONSTANT. DES COMPARAISONS AVEC DES TECHNIQUES DE MESURES DE LONGUEUR DE DIFFUSION DES PORTEURS MINORITAIRES PAR LA TECHNIQUE LBIC OU DE MESURES DE CONCENTRATIONS D'IMPURETES METALLIQUES PAR SPECTROMETRIE CAPACITIVE (DLTS) ONT PROUVE LA VALIDITE DU W-PS. CE TRAVAIL MONTRE EGALEMENT LA CAPACITE DU W-PS A ETABLIR DES CARTOGRAPHIES D'IMPURETES METALLIQUES DANS LE SILICIUM JUSQU'A DES CONCENTRATIONS DE 10 9CM 3. UN TRES BON ACCORD ENTRE W-PS ET DLTS A ETE OBTENU DANS DES ECHANTILLONS DE SILICIUM VOLONTAIREMENT CONTAMINES PAR DE L'OR OU PAR DU FER. POUR CETTE DERNIERE IMPURETE, IL A FALLU TENIR COMPTE DE L'INFLUENCE DU NIVEAU D'INJECTION ET DU TAUX DE DISSOCIATION DES PAIRES FER-BORE. UNE CARTOGRAPHIE DE FER DISSOUS DANS UN ECHANTILLON MULTICRISTALLIN NON VOLONTAIREMENT CONTAMINE ET CONTENANT MOINS DE 10 1 1 CM 3 DE FER INTERSTITIEL A ETE OBTENUE.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Influence de couches d'aluminium déposées en face arrière sur des cellules photovoltaïques au silicium cristallin

L'industriel Photowatt cherche à réduire les épaisseurs de ses cellules afin de réaliser une économie de silicium. La première difficulté est d'ordre mécanique, car la cellule se fragilise lorsque son épaisseur diminue. C'est pourquoi à la place d'une électrode pleine, l'utilisation d'une grille d'aluminium permet de relaxer ces contraintes. La seconde est de nature électrique. En réduisant l'épaisseur de la base, la vitesse de recombinaison de la face arrière intervient sur le rendement de conversion de façon plus importante. Une couche d'aluminium déposée en face arrière des cellules permet de réduire les vitesses de recombinaisons (Back Surface Field), tout en augmentant la longueur de diffusion grâce au gettering par formation de l'alliage Al-Si.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Detection and Characterization of Precipitates in Annealed Cz Silicon Wafers

A Scanning InfraRed Microscope (S.I.R.M.), a Light Beam Induced Current mapping (L.B.I.C.), a Fourier Transform infrared spectroscope (F.T.I.R.), and a minority carrier diffusion length measurements tool have been associated to detect precipitates in annealed Czochralski (Cz) silicon wafers and to evaluate their recombination strength with or without metallic contamination. The influence of a phosphorus diffusion was also investigated. After two step annealings (750 °C - 16 h and 900 °C - 24 h or 96 h) S.I.R.M. reveals the presence of precipitates, while L.B.I.C. maps display a ring-like distribution of recombination centers and minority carrier diffusion length ($L_n$) collapses to 2 $\mu$m. Copper contamination does not significantly modify the preceding observations when precipitates are formed. Phosphorus diffusion near the surface shrink the precipitates revealed by M.I.R.B. but do not suppress the ring-like patterns in the L.B.I.C. maps and $L_n$ increases slightly. These results suggest that the recombination strength of precipitates does not depend on a metallic decoration but more probably on interfacial states between the precipitates and the host crystal or on associated extended defects.

Comparison of Efficiencies of Different Surface Passivations Applied to Crystalline Silicon

International audienceIn this work the efficiencies of different surface passivation techniques are compared. This paper emphasizes on the passivation provided by SiNx:H layers that is commonly used in photovolaic industry as surface passivation and anti reflection layer. The method used to evaluate the surface recombination velocity is detailed and discussed. It is shown that light phosphorus diffusion at 850°C – 20 min provides good surface passivation of n-type silicon surface and noticeable passivation of p-type, that can be improved by SiNx:H Layer

Electrical and photovoltaic properties through a large multicrystalline Si ingot

Conference on Photovoltaic Cell and Module Technologies, San Diego, CA, AUG 27-28, 2007International audienceLarge multicrystalline cast silicon ingots (> 3 10 kg) are cost effective in the photovoltaic industry and attenuate the feedstock shortage. The bulk lifetime tau(n) and diffusion length L-n of minority carriers vary through the height due to the segregation of metallic impurities during the directional solidification. The native impurity, concentrations increase from the bottom to the top of the ingot, which is solidified last, while the ingot bottom, which is solidified first, is contaminated by the contact with, the crucible. It was found that c, and L. are the smallest in the top and in the bottom of the ingot. In solar cells, the evolution is similar, however in the central part of the ingot L. is strongly increased due to the in-diffusion of hydrogen from the SiN-H antireflection coating layer. The variations along the ingot height of the conversion efficiency eta and of tau(n) in raw wafers are well correlated, that can predict the values of eta, allowing an in-line sorting of the wafers, before solar cells are made. If tau(n) is smaller than 1 mu s, as observed at the extremities of the-ingot, eta will be limited to 10% only; if tau(n). is higher than 2.5 As eta achieve 15% at least. In addition, impurity segregation phenomena around grain boundaries are observed at the extremities of the ingots, linked to the long duration of the solidification process. Reducing the height of the ingots could suppress these phenomena and not much material must be discarded. Another problem can come from the use of upgraded metallurgical silicon feedstock in which the densities of boron and phosphorus are very close. Due to the difference in the segregation coefficients, ingots may be entirely or partly p or n type, suggesting that a purification step tawards the dopants is required