L'élaboration du silicium multicristallin : étude, caractérisation et valorisation

Abstract

Le silicium cristallin produit par la solidification directionnelle domine toujours l'industrie photovoltaïque en raison du facteur qualité / prix ; il s'avère le moyen le plus optimal pour obtenir des rendements élevés de cellules solaires photovoltaïques avec un faible coût de production. La nature et la distribution des impuretés existantes au niveau des plaquettes produites de silicium multicristallin (mc-Si) affectent négativement l'efficacité de conversion de la cellule solaire obtenue. Ainsi, les performances de la cellule solaire dépendent directement de la qualité de la plaquette du lingot mc-Si élaboré. Le lingot de silicium multicristallin est développé en extrayant la chaleur du fond du creuset grâce au bloc échangeur de chaleur. Ainsi, l'interface solide-liquide se déplace du bas vers le haut du creuset. La vitesse de croissance est contrôlée pour favoriser la croissance d'une structure cristalline de haute qualité en ajustant la position du creuset et la puissance de chauffage. L'objectif est d'obtenir des grains alignés verticalement qui indiquent une bonne croissance directionnelle. Dans notre travail, la qualité des plaquettes sera principalement étudiée du point de vue morphologique, électrique et chimique. L'analyse de la résistivité et de la durée de vie des porteurs de charge minoritaires a été réalisée en utilisant respectivement la technique des 4 points et la technique de photo-conductance quasi-stationnaire (QSSPC). La détermination des concentrations d'oxygène et de carbone a été réalisée grâce à la technique de Spectrométrie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR) et de Spectrométrie de Masse d'Ions Secondaires (SIMS). L'étude des dislocations a été donnée à l'aide d'un microscope électronique à balayage (SEM). Les lingots élaborés par technique HEM ont montrés la formation de gros grains uniformes avec une taille de l'ordre du cm accompagnés de joints de grains orientés verticalement. La résistivité diminue d'une valeur élevée à une valeur faible enregistrée respectivement dans le bas et le haut du lingot. Par ailleurs, la valeur de la durée de vie maximale se situe dans le plan horizontal moyen du lingot. Les résultats de la concentration en oxygène montrent que celle-ci augmente généralement, près de la paroi du creuset tandis que la concentration en carbone diminue du sommet vers le bas du lingot. Les investigations sur les dislocations révélées montrent l'aspect qualitatif de leur distribution ainsi que leur densité, et ce dans plusieurs régions du lingot. Ces résultats fournissent des informations quantitatives sur la concentration des impuretés légères ainsi qu'une vue d'ensemble de leur distribution spatiale au sein du lingot mc-Si final, dans le but d'améliorer sa qualité