Cellules à homojonction
Plusieurs architectures de cellules à homojonction en c-Si sont aujourd’hui étudiées par la communauté PV. Il s’agit principalement d’architectures passivées en face avant et arrière (PERC1, PERT2, PERL3 et TOPCON4) [1] avec une optimisation des zones dopées sous la passivation et sous les contacts métalliques.
Parmi ces structures nous nous sommes intéressés au contact passivant de type poly‑Si/SiOx/c-Si dont la finalité est de minimiser les pertes par recombinaison liées surdopage et au contact direct entre les contacts métalliques et l’absorbeur en c-Si. Rappelons que cette structure combinée à une architecture IBC5 permet aujourd’hui d’atteindre des rendements record de 26.1% [2].
Le transport électrique à travers les structures poly‑Si/SiOx/c-Si fait l’objet actuellement de nombreuses études [3-7] de par les différents procédés de fabrication du poly-Si, de ses températures de recuit ainsi que des différences pouvant exister pour la couche de SiOx en termes d’épaisseur et de qualité.
La technique c-AFM est l’une des approches que nous avons privilégiée et mise en œuvre pour cartographier le courant local à travers ces structures sous différentes conditions de polarisation, et d’éclairement. Les résultats ont montré que la forte conduction latérale du poly-Si ne permet pas de discriminer les mécanismes de conduction, et notamment ceux qui seraient liés à la présence de pinholes [8]. Une deuxième approche par KPFM a, quant à elle, permis d’observer des inhomogénéités du potentiel de surface sur la couche de poly-Si. Ces inhomogénéités sont par ailleurs observables que sur les échantillons possédant un oxyde de passivation (cf. figure 1). Ces observations préliminaires nous ont amené à conclure que ces inhomogénéités seraient une observation indirecte de la présence de pinholes [9, 10]. Des simulations de processus de diffusion de dopants montrent que la diffusion à travers une couche de SiOx avec présence de pinholes peut conduire à une variation locale du CPD autour du pinhole [11].
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| Figure 1. Illustration d’une cartographie KPFM réalisées sur une structure: a) poly-Si/SiOx/c-Si et b) poly‑Si/c‑Si. |
Références
[1] C. Battaglia, A. Cuevas, et S. De Wolf, Energy Environ. Sci., 9, 1552‑1576 (2016) ; https://doi.org/10.1039/C5EE03380B
[2] F. Haase et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells 186, 184–193 (2018) ; https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.06.020
[3] D. Tetzlaff’ et al., Solar Energy Materials and Solar Cells. 173, 106–110 (2017); https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.05.041
[4] F. Feldmann et al., Solar Energy Materials and Solar Cells. 178, 15–19 (2018); https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.01.008
[5] A. S. Kale et al., Applied Physics Letters. 114, 083902 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5081832
[6] N. Folchert et al., Solar Energy Materials and Solar Cells. 185, 425–430 (2018); https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.05.046
[7] A. Morisset, Integration of poly-Si/SiOx contacts in silicon solar cells : Optimization and understanding of conduction and passivation properties [dissertation] (2019) Paris-Saclay University
[8] A. Morisset et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 200 109912 (2019); https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.109912
[9] C. Marchat et al., Proceeding of EU-PVSEC. 22-24 (2019); https://doi.org/10.4229/EUPVSEC20192019-1AO.2.6
[10] J. Alvarez et al., Proc. SPIE (2020). 11288 (2020); https://doi.org/10.1117/12.2540422
[11] C. Marchat, Caractérisation électrique et optoélectronique de matériaux et composants photovoltaïques par technique AFM [dissertation] (2020) Paris-Saclay University
1Passivated Emitter and Rear Cell; 2Passivated Emitter Rear Totally Diffused; 3Passivated Emitter Rear Locally-diffused; 4Tunnel Oxide Passivated Contact; 5Interdigitated Back Contact