Développement de cellules photovoltaïques silicium à homojonction industrialisables à contacts passivés

Afin de favoriser le déploiement des énergies renouvelables, le développement de cellules solaires moins chères mais aussi plus performantes reste un enjeu pour rendre l’électricité photovoltaïque encore plus attractive. Si les technologies des cellules solaires à base de silicium à homojonction dominent le marché mondial, les performances de ces structures peuvent encore être améliorées. En effet, le contact direct entre la grille métallique et les zones fortement surdopées est source de pertes par recombinaisons des porteurs de charges. L’émergence de de nouvelles structures de cellules émergent à contacts passivés permet des solutions alternatives face à cette limitation. Ces structures visent à délocaliser la prise de contact grâce à l’introduction de couches passivantes entre le substrat de silicium cristallin et la grille de métallisation, diminuant ainsi drastiquement les phénomènes de recombinaisons au sein des dispositifs. La technologie de contacts passivés la plus connue reste celle des cellules à hétérojonction de silicium a-Si:H/c-Si. Cette technologie mature reste pour l’instant limitée car elle représente un nouveau standard industriel mais aussi car elle n’est pas compatible avec les procédés utilisant des températures excédant 250°C. De plus, l’utilisation d’indium, matériau cher et dont la ressource est limitée, dans les couches d’Oxyde Transparent Conducteur (OTC) peut représenter un frein à l’industrialisation de masse du procédé. Il est alors nécessaire de développer de nouvelles technologies de contacts passivés, compatibles avec des procédés à haute température (supérieures à 800°C), et donc intégrables dans une ligne de production existante. Des approches utilisant des OTC en combinaison avec des couches ultraminces d’oxydes, des empilements diélectriques, et des jonctions poly-silicium sur oxyde ont été investiguées afin d’améliorer les performances des cellules à homojonction. Les couches intermédiaires d’OTC développées permettent potentiellement de diminuer les pertes résistives et et celles par recombinaison au niveau des contacts. Ces travaux de thèse se sont ainsi focalisés sur le développement de couches d’oxyde de zinc dopé à l’aluminium (AZO) par pulvérisation cathodique (PC) et Atomic Layer Deposition (ALD) pour les cellules solaires à contact passivés. Ces couches, utilisées seules ou en combinaison avec des matériaux diélectriques, ont été intégrées et testées sur des dispositifs photovoltaïques fonctionnels.