Characterization of silicon heterojunctions for solar cells

Conductive-probe atomic force microscopy (CP-AFM) measurements reveal the existence of a conductive channel at the interface between p-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and n-type crystalline silicon (c-Si) as well as at the interface between n-type a-Si:H and p-type c-Si. This is in good agreement with planar conductance measurements that show a large interface conductance. It is demonstrated that these features are related to the existence of a strong inversion layer of holes at the c-Si surface of (p) a-Si:H/(n) c-Si structures, and to a strong inversion layer of electrons at the c-Si surface of (n) a-Si:H/(p) c-Si heterojunctions. These are intimately related to the band offsets, which allows us to determine these parameters with good precision

Silicium de type n pour cellules à hétérojonctions : caractérisations et modélisations

In this thesis we focus on the silicon heterostructure combining thin films amorphous silicon (a-Si :H) deposited at low temperature on crystalline silicon (c-Si) substrates. We study the different materials and the interface between them through both characterizations, modelling and numerical simulations. The goal is to better understand the influence of the different parameters (doping level, defects density, band offset, ...) on the photovoltaic solar cell's performances in order to get them improved. Structures with multicrystalline silicon substrates are also studied.Les cellules à hétérojonctions de silicium fabriquées par croissance de couches minces de silicium amorphe hydrogéné (a-Si :H) à basse température sur des substrats de silicium cristallin (c-Si) peuvent atteindre des rendements de conversion photovoltaïque élevés (η=23 % démontré). Les efforts de recherche ayant principalement été orientés vers le cristallin de type p jusqu'à présent en France, ce travail s'attache à l'étude du type n pour d'une part déterminer les performances auxquelles s'attendre avec cette nouvelle filière et d'autre part les améliorer. Pour cela, nous avons mis en œuvre des techniques de caractérisation des matériaux composant la structure et de l’interface (a-Si :H/c-Si) couplées à des outils de simulations numériques afin mieux comprendre les phénomènes de transport électronique. Nous nous sommes également intéressés aux cellules à hétérojonctions avec substrats de silicium multicristallin de type n, le silicium multicristallin étant le matériau le plus répandu actuellement dans la fabrication des cellules photovoltaïques

N type silicon for heterojunctions photovoltaic solar cells : characterizations and modeling

Les cellules à hétérojonctions de silicium fabriquées par croissance de couches minces de silicium amorphe hydrogéné (a-Si :H) à basse température sur des substrats de silicium cristallin (c-Si) peuvent atteindre des rendements de conversion photovoltaïque élevés (η=23 % démontré). Les efforts de recherche ayant principalement été orientés vers le cristallin de type p jusqu'à présent en France, ce travail s'attache à l'étude du type n pour d'une part déterminer les performances auxquelles s'attendre avec cette nouvelle filière et d'autre part les améliorer. Pour cela, nous avons mis en œuvre des techniques de caractérisation des matériaux composant la structure et de l’interface (a-Si :H/c-Si) couplées à des outils de simulations numériques afin mieux comprendre les phénomènes de transport électronique. Nous nous sommes également intéressés aux cellules à hétérojonctions avec substrats de silicium multicristallin de type n, le silicium multicristallin étant le matériau le plus répandu actuellement dans la fabrication des cellules photovoltaïques.In this thesis we focus on the silicon heterostructure combining thin films amorphous silicon (a-Si :H) deposited at low temperature on crystalline silicon (c-Si) substrates. We study the different materials and the interface between them through both characterizations, modelling and numerical simulations. The goal is to better understand the influence of the different parameters (doping level, defects density, band offset, ...) on the photovoltaic solar cell's performances in order to get them improved. Structures with multicrystalline silicon substrates are also studied

Silicium de type n pour cellules à hétérojonctions (caractérisations et modélisations)

Les cellules à hétérojonctions de silicium fabriquées par croissance de couches minces de silicium amorphe hydrogéné (a-Si :H) à basse température sur des substrats de silicium cristallin (c-Si) peuvent atteindre des rendements de conversion photovoltaïque élevés ( =23 % démontré). Les efforts de recherche ayant principalement été orientés vers le cristallin de type p jusqu'à présent en France, ce travail s'attache à l'étude du type n pour d'une part déterminer les performances auxquelles s'attendre avec cette nouvelle filière et d'autre part les améliorer. Pour cela, nous avons mis en œuvre des techniques de caractérisation des matériaux composant la structure et de l interface (a-Si :H/c-Si) couplées à des outils de simulations numériques afin mieux comprendre les phénomènes de transport électronique. Nous nous sommes également intéressés aux cellules à hétérojonctions avec substrats de silicium multicristallin de type n, le silicium multicristallin étant le matériau le plus répandu actuellement dans la fabrication des cellules photovoltaïques.In this thesis we focus on the silicon heterostructure combining thin films amorphous silicon (a-Si :H) deposited at low temperature on crystalline silicon (c-Si) substrates. We study the different materials and the interface between them through both characterizations, modelling and numerical simulations. The goal is to better understand the influence of the different parameters (doping level, defects density, band offset, ...) on the photovoltaic solar cell's performances in order to get them improved. Structures with multicrystalline silicon substrates are also studied.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Identification de défauts limitant la durée de vie des porteurs de charge dans le silicium monocristallin de très haut de lingot

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Bulk defect formation under light soaking in seed-end n-type Czochralski silicon wafers – Effect on silicon heterojunction solar cells

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Identification of Lifetime-limiting Defects in As-received and Heat Treated Seed-end Czochralski Wafers

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Calculation and measurement of the band-bending in crystalline silicon as an optimization tool for silicon heterojunction solar cells

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Influence of injection level and wafer resistivity on series resistance of silicon heterojunction solar cells

International audienceChoice of topic: This work focuses on the modeling and characterization of silicon heterojunction solar cells. Scientific innovation and relevance: Series resistance (R S) in SHJ cells is related to various carrier transport mechanisms in both bulk materials and at the interfaces, in combined transverse and lateral directions. We propose to review the influence of wafer dark resistivity on R S of SHJ cells with the rear emitter configuration and propose a new approach for improved modeling of such devices. Aim and approach used: Our work aims at improving understanding and modeling of R S various contributions in SHJ cells with rear emitter configuration. For this purpose, we prepared rear emitter n-type SHJ cells varying the substrate dark resistivity from 0.49 to 14.1 Ω. cm, as well as special samples to allow the measurement of electron contact resistance (ρ C,e −). We examined variations of effective lifetime, efficiency and series resistance with c-Si dark resistivity. Results: Efficiency varies only slightly with wafer dark resistivity in our experiment. Injection level is found to be very important to examine performance, both for passivation and series resistance matters. We propose a series resistance model that takes into account the lateral transport in parallel between the c-Si wafer and the ITO layer under varying injection levels