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Contribution au développement de cellules solaires au silicium multicristallin par gettering au phosphore et atomisation d’émulsions dopantes
(2009) Bouhafs, Djoudi
Les travaux de recherche effectués dans le cadre de cette thèse ont pour objectifs : L’amélioration de la qualité électrique des substrats de silicium multicristallin obtenu dans notre Unité par le procédé de tirage à échangeur thermique (HEM), avec le gettering externe au phosphore. L’élaboration d’une nouvelle source dopante au phosphore pour réaliser des émetteurs n+p sur des substrats de silicium multicristallin (Si-mc). Dans la première partie, nous avons procédé à l’étude du gettering externe par diffusion de phosphore appliqué sur des plaquettes de Si-mc HEM/UDTS. Deux sources ont été utilisées pour effectuer le gettering ; une source préforme avec un gettering homogène et une source liquide de POCl3 avec deux schémas : gettering homogène et étendu. L’application du gettering externe par source liquide de POCl3 dans un four de diffusion conventionnel ainsi que par les sources préformes, ont conduit à une nette amélioration de la durée de vie (τeff). Les valeurs initiales mesurées sur des substrats de Si-mc sont de l’ordre de 3 à 8 μsec. Nous avons obtenu une nette augmentation de la durée de vie de 15 à 37μsesc avec les procédés homogène et étendu par source liquide POCL3, et 20 μsec avec gettering par des sources préformes. Dans la deuxième partie, nous avons développé une nouvelle émulsion dopante au phosphore pour la réalisation de l’émetteur de n+p. Plusieurs solvants organiques ont été utilisés avec l’acide H3PO4 pour préparer l'émulsion dopante. Les meilleures couches déposées sur des substrats de Si-mc, par la technique d’atomisation ’’Spray’’, sont obtenues avec la solution H3PO4: sec-butanol. Les émetteurs obtenus sont caractérisés par des profondeurs de jonction de 0.2 à 0.7 μm et une résistivité de 10 à 86 Ω/ . Ces valeurs sont compatibles avec le procédé de fabrication de piles solaires à base de silicium multicrystallin. Les émetteurs réalisés par cette technique, possèdent des caractéristiques similaires à ceux réalisés avec des techniques chères et complexes telles que la diffusion par sources liquide POCL3
Effect of extended phosphorus diffusion gettering on chromium impurity in HEM multicrystalline silicon
(2012) Khelifati, Nabil; Bouhafs, Djoudi; Boumaour, Messaoud; Abaidia, Seddik-El-Hak; Palahouane, Baya
We have investigated the extended phosphorus diffusion gettering (PDG) effect on chromium impurities (Cr) in p-type multicrystalline silicon (mc-Si) grown by Heat Exchanger Method (HEM). The study was made after phosphorous diffusion and according to different extended annealing temperatures. The secondary ion mass spectrometry (SIMS) analysis revealed a significant accumulation of 52Cr in heavily phosphorus doped (HPD) region. Using quasi-steady state photoconductance (QSSPC) technique, the apparent lifetime dependent minority carrier density curves have been obtained. The results showed an increment of the bulk minority carrier lifetime for specific annealing temperatures. Appropriate calculations based on QSSPC results allowed us to determine the lifetime curves associated to gettered impurities. Their fitting by Shockley-Read-Hall (SRH) model reveal that the origin of the lifetime increment is the reduction of interstitial chromium (Cri) density in the bulk. Furthermore, the estimation of electron to hole capture cross-section ratio (k=σn/σp) through the modelling of apparent lifetime curves using Hornbeck–Haynes model, confirmed the effectiveness of Cri gettering and identified the nature of dominant recombination centres after gettering process
LeTID Mitigation by Electrical Injection Regeneration of Cz-Si and mc-Si BSF Silicon Solar Cells
(Springer, 2024) Zentar, Imad Yacine; Bouhafs, Djoudi; Amrouch, Abdelhakim
In this investigation, we provide further insight into the kinetics of light- and elevated-temperature-induced degradation (LeTID) by examining the impact of electrical injection regeneration on the development and subsequent mitigation of LeTID in boron-doped Czochralski silicon (Cz-Si) and multi-crystalline silicon (mc-Si) back-surface-field (BSF) solar cells. Electrical injection regeneration was applied to both Cz-Si and mc-Si solar cells with an injection current of 3 A at varying temperatures (180–200°C) for 20 min. The LeTID cycle was conducted at 75°C with an illumination intensity of 750 W/m2. A solar simulator was used to measure the current–voltage (I–V) characteristics of the cells. Our findings indicate that the LeTID regeneration process is influenced by both carrier injection and temperature. Notably, cells regenerated with an injection current of 3 A at 180°C for 20 min exhibited a reduction in degradation after extended light exposure under LeTID conditions. Specifically, mc-Si solar cells showed an efficiency degradation decrease of up to 3%, while Cz-Si cells displayed a similar reduction, compared to their initial values. These results highlight the enhanced anti-LeTID effects achieved through the regeneration process. Additionally, our study reveals that hydrogen and oxygen play roles in the formation and neutralization of defects associated with metallic impurities, distinct from boron-related defects. This insight contributes to understanding the complex mechanisms affecting the performance of these solar cells under various conditions.