Réponse spectrale de photopiles de haut rendement au silicium multicristallin

J. Phys. III France 2 (1992) 1305-I3I6 JULY 1992, PAGE 1305

Classification

Physics Abstracts

72.40 72.80

R4ponse spectrale de photopiles de haut rendement au silicium

multicristallin

Le Quang Nam (I>*), M. Rodot (I), J. Nijs (~), M. Ghannam (~) et J. Coppye (~)

(1) CNRS/LPSB, I place A. Briand, 92195 Meudon, France

(~) IMEC, Kapeldreef 75, B 3001Leuven, Belgium

(Regu le 24 ddcembre I99f, acceptd le 20 mars f992)

Rdsum4. L'am£lioration, par des proc£d£s simples, de la base, de la face ambre et de

I'dmetteur a permis de porter le rendement de conversion de photopiles au silicium polycristallin h

15,6 Pa pour une surface de 4cm2. On pr£sente des mesures de r£ponse spectrale qui,interprdtdes par un modble classique, permettent de determiner les pararnbtres physiques

essentiels. On trouve que le traitement de«

gettering»

des plaquettes de silicium, mis au point

par Martinuzzi et Sarti, porno la longueur de diffusion des electrons dans la base h des valeurs his

supdrieures h l'dpaisseur de la plaquette (180 ~m) ; que la presence d'une jonction p/p+ en face

ambre abaisse le taux de recombinaison h 10-102 cm/s ; que l'amincissement et la passivation de

l'dmetteur abaissent le taux de recombinaison en face avant h ~104 cm/s. On explique ainsi les

bans rendements obtenus, et on indique les voies d'arndlioration possible.

Abstract. The conversion efficiency of polycrystalline silicon solar cells has been raised to

15.6 9b (for arI area of 4 cm2), using simple processes to improve the base and the back and front

surfaces. Spectral response measurements are presented and analyzed using a classical model, in

order to reach the main physical parameters. It is found that the initial gettering proceduredesigned by Martinuzzi and Sarti raises the electron diffusion length in the base to values well

above wafer thickness (180~m); that owing to a p/p+ back junction, the back surface

recombination rate is reduced to 10-I02cm/s; that owing to the emitter back-etching and

passivation the front surface recombination rate is reduced to ~10~ cm/s. These results explainthe high efficiency. Improvement possibilities are discussed.

1. Introduction.

Un groupe de laboratoires beige et frangais a r£cemment obtenu [I] des photopiles au Si

polycristallin amdlior6es, dent le rendement de conversion atteint 15,6 9b pour une surface de

4 cm~. Nous pr6sentons ici des mesures de rdponse spectrale de ces photopiles. L'analyse de

ces rdsultats vise h prdciser les parambtres physiques essentiels de ces cellules, les raisons de

leur performance et les voies de leur am61ioration.

(*) Ddtachd du CNR-Vietnam.

1306 JOURNAL DE PHYSIQUE III N° 7

Trois techniques ant dtd utilisdes conjointement pour obtenir un tel rendement. Tout

d'abord les plaquettes de silicium de la socidtd Photowatt (proc6dd«

Polix ») ant dt6 soumises

h un recuit de 4 h h 900 °C en prdsence de POCI~, traitement invents par Martinuzzi et al. [2]

pour p16ger les impuretds m6talliques sur des sites superficiels ; la surface dtant ensuite

attaqu6e, tout le volume de la plaquette est d'une qualitd am61iorde, repdrde quantitativement

par sa longueur de diffusion £lectronique L~.Nous avons £galement r6duit les recombinaisons £lectroniques en face am~re en y

construisant une interface p/p+, selon un proc6d6 ddcrit antdrieurement [3] ; grfice h l'effet de

champ arr16re («back surface field»=

BSF), le taux de recombinaison en face arri6re

S~ doit s'en trouver fortement diminu6.

Enfin nous avons construit, en face avant, un dmetteur diffdrant largement de celui en

usage dans l'industde. Ce demier, peu profond (X~ =0,25 ~Lm) et fortement dop6 superficiel-

lement en phosphore (N~=

4 x10Z° cm~~),

ne peut Etre efficacement passivd par un d6p6td'oxyde. Nous avons choisi un dmetteur profond (X~ =

0,7-0,8 ~Lm) qui est ensuite aminci h

0,5-0,6 ~Lm pour rdduire N~ h 5-9 x1019 cm-3 environ, puis passiv6 par la formation d'un

oxyde thermique: on esp~re ainsi rdduire le taux de recombinaison en face avant

S~, tout en conservant une rdsistance sdrie raisonnable et une tension de circuit ouvert

suffisante. Ce type d'dmetteur, ainsi que plusieurs vaflantes, a dtd ddcdt plus particul16rement

par ailleurs [4].Appliqud intdgralement, ce proc6d6 conduit au rendement indiqud plus haut de 15,6 9b.

Lorsque l'un ou plusieurs des perfectionnements ci-dessus est omis, le rendement est d6gradd(Tab. I). Il dtait intdressant d'approfondir l'analyse de telles cellules de fagon h caract6riser

leurs trois param~tres essentiels : L~, S~ et S~, et h vdrifier la variation de ces pararn6treslorsqu'une des dtapes du procddd dtait modif16e. Cette analyse quantitative a dtd conduite h

partir de la r6ponse spectrale de ces photopiles.

Tableau I. Mode de fabrication des photopiles.

[Fabrication process of solar cells.]

Conditions Couche Emetteur n+ Performances

Photopile de la de am~re

plaquette gettering R~~+ passivation I~ V~ FF ~

(~lTl) (n/n) Xj (~lTl) (par oXyde) (§b) (§b)

GBS04-38 180-200 4h 70 0,65 55 GUI 33,5 605

GBS12-2A 180-200 900 °C, 4 h 70 0,65 55 NON 33, 3 598

C GBSIO-3A 180-200 °C, 4 h NON 0,65 55 NON 31,3 597

GBS25-IA 180-200 70 0,50 72 GUI 31,2 601

GBS24-IC 180-200 °C,12 m 70 0,50 72 NON 31,0 596 73,1

F GBS22-IA 180-200 °C,12m 70 0,58 60 GUI 32,0 598

G GBS23-IA 180-200 °C, 12 m 70 0,58 60 NON 30, 2 592 70,1

H 180-200 80 0,55 68 GUI 30,5 603 74,7

180-200 170 0,55 68 GUI 28,8 587 76,

S 4 cm2

N° 7 PHOTOPILES DE HAUT RENDEMENT 1307

2. Partie expdrimentale.

Nous renvoyons h l'article [II pour les d6tails du proc£d£ de fabrication des photopiles. La

meilleure photopile (cas A, Tab. I) a la structure illustr6e par la figure I. Dans le cas B,

I'£metteur 6tait analogue, mais non passiv6. Dans le cas C, la couche am6re p+ 6tait omise et

l'dmetteur non passiv6. Darts les cas D h I, le recuit de«

gettering»

initial start remplac£ par

un recuit sous POCI~ h 850 °C pendant 12mn, semblable h celui subi par les photopilesindustrielles pendant la fabrication de I'£metteur ; en outre la passivation 6tait omise dans les

cas E et G, la couche p+ 6tait insuffisamment dop£e en bore dons le cas I, enfin I'£metteur

dtait plus aminci que dons le cas A, de fagon h lui donner une rdsistance de couche (« Sheet

resistance» R~~) se rapprochant de celle des photopiles industrielles : R~h

#

60-70 ala au lieu

de 55 ala pour le cas A.

FRONT CONTACT C BACK CONTACT

i ' 'i '

'i

',

'i i '

'i i '

'i , '

'i i '

'i i '

'

n+p P+

nJa)I'(70'''

i'

i'

i,

j,,

A B D E I F Gds d ~

Xl ~ " '

W

Fig. I. Schdma de la photopile (A) de haut rendement (15,6 %).

[Schema of solar cell (A) of highest efficiency (15.6 %).]

Les photopiles ainsi pr£parses ont une surface de 25 cm~. Elles sont ensuite d6coup6es en

4 cellules de 4 cm~ (ce que permet le dessin particulier de la grille de contact), sur lesquellessont effectu£es les mesures de rendement et de r6ponse spectrale. Ces demi~res consistent h

relever le rendement quantique exteme Qe(A) pour les radiations de longueur d'onde

comprise entre 4 000 et 11 000 nm. L'appareillage, construit au CNRS/LPSB par Barb£ et

Laroche, est bass sur un spectrographe h r6seau et un d6tecteur synchrone amplifiant le signalphoto61ectrique foumi par la cellule de 4 cm~ uniform6ment 6clair6e. Une photopile au Si

£talonn6e par le CNES-Toulouse sea h calibrer le spectre 6mis par une lampe halogbne(250 W). Un exemple de r£ponse spectrale mesur6e est donn6 par la figure 2.

La th60rie des photopiles donne la valeur du rendement quantique inteme Qj(A), quidiffbre de Qe Par le facteur r6flectivit6 R(A). Il 6tait donc important de mesurer

ind6pendarnment R (A ), d'autant plus que toutes les cellules du tableau I n'ont pas le mdme

dtat de surface. Leur pr6paration de surface initiate, une «texturation

» en solution basique,est la mEme pour toutes, et conduit h une rugosit6 de surface (variable d'un grain h l'autre)qu'illustre la f,gure 3. Mais les couches superficielles sont de 2 types : (es meilleures cellules


#~

LJ11I

/~h

'?

U-p'

~ >~ 6 0~ ' SF

andSi02-PASSIVATED

(~SOLAR CELL (GBS04-38) '

~ Pregettering at 900°C, 240~ R~h(n+ )= 55 ala ~,

< 4°~~(~~il'i~" ~° ~" 'i

~ 'i

Cf~ BSF and i02-

# 2 O ~~~ "',~sh(n+

g(°n)"

(2 [ jg~ ~~~~~~~'~~

~~ Q" .4

ICRONS)

Fig. 2. Rdponse spectrale mesurde des photopiles (A) et (D). Le recuit de«

gettering»

h 900 °C, 4 h,

est h l'origine de la supdrioritd de la photopile (A) darts l'infra-rouge ; par contre l'dmetteur de la

photopile (D), plus mince, est le plus performant.

[Measured spectral response of solar cells (A) et (D). The gettering annealing at 900 °C, 4 h, for solar

cell (A) explains its better efficiency in the infrared range. On the contrary the emitter of solar cell (D),

being thinner, performs better.]

ont une couche passivante d'oxyde, d'6paisseurm

120 h,sous le d6p6t final antirdflecteur de

Si~N4, tandis que cette couche est absente pour d'autres cellules. Les mesures de r6flectivit6,fortes h I'IA4EC (Leuven) par la m6thode de la sphbre int6grante, donnent (es r6sultats de la

figure 4.

En combinant (es valeurs exp£Rmentales de Q~(A) et R(A) on otient (es rendements

quantiques intemes de la figure 5.

3. Modklisation.

Pour chaque radiation, le rendement quantique inteme rdsulte de composantes gdndr6es h

diff£rentes profondeurs.La contribution principale QDE est celle des trous g6n6rds dons la base (zone DE de la Fig.

I) et collectds par la jonction p-n, que ddcrit la formule (19) (p. 19) du livre de Hovel [5]. Elle

fait intervenir :

le coefficient d'absorption a (A ) du Si, donn6 numdriquement par Swimm [6],

1'£paisseur X~ + d~ de la zone frontale AD et I'£paisseur d de la base DE,

les pararnbtres de recombinaison L~ et S~ d£jh ddfinis. S~ sera remplacd par

e~ =S~ L~/D~, D~ dtant le coefficient de diffusion des Electrons dons la base de type p, donna


Solar cell sudace Mf~

.%i~

o

s

T&u~

a

I

o

miff

O um

Fig. 3. -La texturation en milieu basique attaque diffdremment les grains en fonction de leur

orientation. Le profil ci-dessus est celui d'un grain fortement attaqu£.

[Textuflzation in a basic solution results in different etching depts for grains of different orientations.

The above profile is that of a deeply etched grain.]

~

Jp~o

i) SAMPLE WITH TEXTURIZATIO~ + Si02 + Si~$ SURFACE

~

f~

b~E4#

#l~'l~ii$4o

400

WAVELENGTH (nm)

Fig. 4. Rdflectivitd mesurde de cellules construites sur des plaquettes Polix texturdes, avec ou saris

oxyde de passivation, et avec une couche antireflet de nitrure de silicium.

[Measured reflectivity of cells made &om texturized Polix wafers, with or without passivating oxide, and

with an antireflection layer of silicon nitride.]


oO°°oo

o~~~...,

~# ~~ >)l

+~ ~~( "N÷'~

CURVE A )I

tJ BSF and S,02-PASStVATED COA'VENTJONAL it

- EMJTTER SOLAR CELL (GBS04-3Bj jU- 6 Q Prege«ering ot 900°C for 240 mm. iU_ Rsh (»+ region ) 55 ala

uJ Rsh (P~ reg,on ) 70 ala (~ ii 6 %

~ CURVE D j,,

BSF and S,02-PASSJI'ATED COA'iEA'TJOA'AL ~~ ~Q EMITTER SOLAR CELL (GBS25-JA j

~ Pregenering at 850°C for J2 mm.

~ ~~ ~~~~~~~j

~~~@

#~ ~ J4.J %

~ CURVE H j

~ ~ BSF a»d SIO 2-PASSJVA TED COA'I EfiTiO.~'AL~3EMJTTER SOLAR CELL (BSFRM-JC)

Preget<er,ng at 850°C for J2 m>n.~ Rsh (n+ region ) 68 aJQ

z~ R~h (P~ region ) 80 ala

~ ~ ~~'~ ~

~ °

u~ .4 .5.

6 .7 .8 .9 lot

£WAVELENGTH (MICRONS)

Fig..5. Rendements quantiques intemes de quelques-unes des cellules du tableau I.

[Intemal quantum efficiencies of some of the cells of table I-j

num£riquement, connaissant le dopage, par le travail de Dzewior [7]. La contribution

QD~ s'6crit:

aL~QDB

=~ ~

exp [- a (X~ + d~)(a L~ I)

1_ ~ ~~~~) + aLn eXp(~ "d~ _(1)

~ ~~~~~~°~~ ~~~~~~ )~i~h ~~~~~~~°~~

~~~~~~

La contribution de l'6metteur Q~~ est dgalement importante, puisqu'il est relativement

dpais et bien passivd. Hovel donne une formulation g6n£rale, tenant compte du champaccdldrateur qui existe dans I'£metteur non homogbne. Mais ce champ est inconnu, et sans

doute faible apr~s l'amincissement de l'dmetteur. Nous prdf£rons donc la formule simplifide(formule (15), p.18, R6f. [5]) :

aL~ e~ + aL~ exp (aX~) [e~ cosh (X~/L~) + sinh (X~/L~)]~~~ a~L) ~

e~ sinh (X~/L~) + cosh (Xj/L~)

aL~ exp(- aX~) (2)

X~ est la profondeur de la jonction, e~ =S~ L~/D~, D~ et L~ sont le coefficient de diffusion

moyen et la Iongueur de diffusion moyenne des trous dans l'6metteur, que donnent

respectivement les travaux de Dzewior [7] et de Dunbar [8]. Le seul problbme pour les

ddterminer est de fixer le dopage moyen n. Aprbs amincissement, nos £metteurs avaient les


profils de phosphore d6termin£s par l'analyseur ionique, illustr6s par la figure 6. Dans la

suite, nous avons arbitrairement retenu pour n la valeur du dopage superficiel, de sorte que

Q~c sera plutbt sous-estimd.

La zone de charge d'espace CD, d'dpaisseur d~, entourant la jonction p-n a un rendement

de collecte units, de some que sa contribution h Q~ est :

QBD=

exp (aX~) il exp (djL~ )] (3)

Enfin la r6gion p+ est trop dopde pour contribuer au rendement total, mais la zone de

charge d'espace EF d'dpaisseur 3 peut avoir une petite contribution que nous dcrirons selon

Singh [9] :

~~~~ ~~~ ~'~/~ ) Ii exP(- a/L~ )

Sinh (d/L~)

~P Si~h (d/L~) + cash (d/~~(4)

L'£paisseur des zones de charge d'espace d~ et 3 est aisde h d£terrniner en fonction des

diffdrents dopages, par l'analyse classique d'une jonction p-n ou p/p+.Comparer le rendement quantique inteme ainsi calcu16 h celui mesur£ doit perrnettre de

d6terrniner les param~tres inconnus, L~, S~ et S~ qui conduisent au meilleur accord th60rie-

expdrience. C'est ce qu'illustre la figure 7 relative h la photopile E. Le tableau II donne, pour

~~~~#)~~°~ DEPTH PROFILE (P)l022

~o21 P-DIFFUSION FROM SOLID SOURCE(P20~) at 900 °C for 30 min.

iQ20

M~

i

U~ i i

~J~ iQ19~ i ,

, ,

Q i ,i

~ , i, i< , i

~Q18, ,

,I

,

,

,

,,iQ17i

~After etch-back for 22 seclO~ '

.2 .4 .6 .8 1. 2

MICRONS

Fig. 6.-Profits d'dmetteur mesurds par SIMS, avant arnincissement (C. Grattepain). Deux cas

d'amincissement sont figur6s.

[Emitter profile, as measured by SIMS, before back-etching (C. Grattepain). Two cases of back-etching

are shown.]


-+£f~~

.

LJ.

,

z.

'.

UJ.

.

~J .,

~C . .,7

u_6

.

u~.

.

. ~

~ ,

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< 2)- Besi 'lit' ( Ln"J80 um,s~«9.J0~

( um

j

~ 4j- - - - - -- ( Ln"280

ums,,«9 io3 m#

5J' ' * * ' ' ' ( n"J80 um

fj ~ ~~~ ~~~~ ~~7) ° ' ° ° ° . .

. . ( Ln"J80um, sn"9.J0~

cm/S,sp«5.Jo4

J

Z°A

tL5 1

Fig. 7. -Rdponse spectrale thdorique et

modble aux

Theoretical and spectral response ofsolar

cell (E)howing

the ensibility of the modele

vs. the main parameters L~, S~, S~.]

N° 7 PHOTOPILES DE HAUT RENDEMENT I3I3

les photopiles du tableau I, les meilleures valeurs de L~, S~ et S~ conduisant h un bon accord

des rendements quantiques intemes expdrimentaux et thdoriques. La qualit6 de ce «fit

» est

d'autant meilleure que les effets de recombinaison sont dominants : par exemple pour les

casA, B et C, la recombinaison en volume est tellement faible que la valeur de

L~ n'est pas bien connue, et les dirt£rences individuelles de L~ entre cellules n'ont pas 6t£

jug6es significatives. A cette exception pr~s, nos d£terrninations de L~ et S~ sont assez

pr6cises (± 20 9b en ordre de grandeur) ; la pr£cision est moindre pour S~ I cause du modme

simplifi£ d'£metteur utilis£ ; ces valeurs permettent en tout cas des comparaisons fiables des

diverses photopiles entre elles.

4. Discussion des rksultats.

4,I BASE. -Les valeurs de L~ pour (es plaquettes Polix brutes sont en g6n£ral de 50 h

80 ~Lm. Selon Martinuzzi et al. [2], un recuit de«

gettering» par POCI3 les porte h 80-90 ~Lm

pour les conditions 850 °C, 12mn, et h ~200 ~Lm pour les conditions 900 °C, 4 h. Nos

rdsultats concement les photopiles termin6es, donc ayant subi deux recuits supp16mentaires,

en pr6sence de SiO~. B et de P~OS respectivement (tom de la fabrication des zones p+ et n+).Cette procddure de fabrication doit amdliorer la qualitd des plaquettes, et c'est bien ce que

nous trouvons : les valeurs obtenues (respectivement 180 ~Lm et m 2d (d=

l'dpaisseur de la

plaquette), cette demibre valeur 6tant donnde avec grande impr£cision) pour ces deux

conditions de«

gettering»

prdalable, indiquent que le silicium a atteint une qualitd qui est

celle de bons monocristaux.

Nous confirmons ainsi le grand intdrdt pratique du proc6dd de«

gettering»

mis au point par

Martinuzzi et al. [2], dont l'emploi explique en bonne part les hautes performances des

photopiles A, B et C. Le mdcanisme de gettering, has£ probablement sur la g6ndration de

ddfauts ponctuels par la diffusion de phosphore et d'oxyg6ne, la diffusion acc616rde des

atomes de transition Fe, Ti, etc.. et leur pidgeage sur des micropr6cipitds de surface, mdrite

d'dtre dtudid plus en ddtail.

4.2 FACE ARRItRE.-Les valeurs de S~, lorsque la couche arribre p+ est soit absente

(photopilec), soit trop peu dop£e (photopileI), indiquent un contact quasi-ohmique(S~ m10~ cm/s). Pour une jonction p/p+ abrupte, la valeur thdorique de S~ est [10] :

pD~

Sn~ ~ j (5)

Pn

oh p+, D/ et L/ sont le dopage, le coefficient de diffusion et la longueur de diffusion des

Electrons dons la r£gion p+. Le profil de bore, mesur£ par SIMS, de nos r6gions p+ indiqueun dopage superficiel de 1019 cm-3 Compte tenu des valeurs correspondantes usuelles [7],[8j de D~ et L~, on trouve alors :

S~(th60rique )m

12 cm/s

Une telle valeur est proche de notre ddterrnination pour les photopiles A et B. Les valeurs

significativement sup£rieures trouvdes pour les cas D h H s'expliquent sans doute par la

qualit£ inf6rieure (donc L] plus petit) de la zone p+, due h un «gettering

»moins efficace.

La cons6quence pratique des valeurs trbs faibles de S~ obtenues du fait de la jonction p/p+est le renforcement de la r£ponse spectrale infrarouge grice h l'effet de BSF. On sait que cet

effet est maximal quand L~ m 2d, ce qui est le cas pour les photopiles A et B. La figure 8

compare la photopile A, avec BSF et la photopile C, sans BSF, toutes choses 6tant £gales parailleurs. L'effet BSF est moins efficace quand la longueur de diffusion L~ est moins £lev6e

I3I4 JOURNAL DE PHYSIQUE III N° 7

£O~ ',,

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11 80',_ ',,

O ': B~;

-

j jU- ,

U- ~, i

ill ~ Q( (

~_

~,

i~~~~~ENTJOA'AL EMJTTER SOLAR CELL'~

~ Q' WITHOUT SIC 2~ASSJVATJON (GBSJ2-2A ) ;~ ~~~~~ ~~~~~j=

~~~~i

Cl ~=

J5.0 %

(2 0 ~$~'~~~~JONAL EMITTER SOLAR CELL Ii'/THOUT

~BSF and Si02-PASSIVATJON (GBSJO-3A )

~ ~~~~~~~~ ~~ ~~~

~ o

.4 .5.

6 .7 .8 .9 1,I

WAVELENGTH (MICRONS)

Fig. 8. Effet du champ arribre (BSF).

[Influence of the back surface field (BSF).]

(comparer (es cas H et I du Tab. I). Autour de I, I ~Lm est observ£ exp6rimentalement un

surcroit de photocourant, par rapport au modble th£orique. C'est16 une des cons6quences de

la texturation, qui permet la r6flexion totale de certains photons et augmente ainsi le

rendement d'absorption, d'autres facteurs pouvant 6ventuellement intervenir aussi.

4.3 FACE AVANT. L'effet de la passivation en face avant se lit sur les valeurs de

S~. Pour les photopiles non passiv£es par l'oxyde (B, C, E, G), S~ est sup£rieur h llJ4 cm/s.

L'effet de la passivation est, comme on l'attend, maximal lorsque la concentration

superficielle en phosphore est moindre (photopilesD, H et I ob l'amincissement de

l'6metteur a £t6 plus pouss6) : on arrive alors h S~w10~ cm/s.

Le grand int6rdt pratique de la passivation par l'oxyde, associ£e I un arnincissement pouss£de I'£metteur, est ainsi confirm£ : cf. la comparaison des photopiles D et E (Fig. 9). On

remarquera que la photopileA, la plus performante, n'est pas celle ayant le meilleur

£metteur : comparer les photopiles A et D de la figure 5.

5. Conclusions.

Nous confirmons que la mesure de r£ponse spectrale est un bon test pour guider la fabrication

de photopiles performantes.Les trois perfectionnements introduits au d£but de cet article sont, moyennant une £tude

compl£mentaire, aptes h un ddveloppement au niveau industriel. Le«

gettering» par POCI3

(900 °C, 4 h) peut due r£alisd dons un four h grande cadence de production [I I]. La formation

d'une couche arribre p+ demande une seule £tape suppl£mentaire, r£alisable I grande

N° 7 PHOTOPILES DE HAUT RENDEMENT I3I5

£O

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~ 6 0(

~ CURVE D) [

~ BSF and SiO 2-PASSIVATED COA'VENTIONAL ).

~ EMITTER SOLAR CELL (GBS25-iA )

~ Pregeaering t~t 850°C for 12 min.'

~~~ Rsh fn~ region)

"72 Q/Q

Rsh (P~ region)=

70 Q/OC~ ~

#14,1 % (

~CURVE E)

'

~ BSF COAVENTIONAL EMITTER SOLAR CELL

~ ~ Wiiho~lt SiO 2-PASSIVATIO.Af (GBS24-iC)~ Pregefiering t~t 850°C for 12 min.l~ Rsh (n+ region)

=72 Q/Q

Ul Rsh (p+ region)«

70 Q/Q~ ~

«13.5 %

~o

.4 .5.

6 .7 .8 .9 1.I

WAVELENGTH (MICRONS)

Fig. 9. Effet de la passivation de I'dmetteur.

[Influence of emitter passivation.]

cadence (le d£p6t de SiO~ : B par CVD), h condition que le recuit qui la suit soit confondu

avec celui qui suit la formation de I'£metteur : ceci parait faisable, puisque dans notre Etude

ces tempdratures sont peu diffdrentes (940 °C et 900 °C respectivement) [I]. Enfin l'amincisse-

ment de l'dmetteur est une 6tape suppl£mentaire relativement triviale, pourvu que son

£paisseur initiate soit suffisante.

Le rendement de 15,6 9b obtenu par des proc£dds simples peut encore Etre amdlior£, d'au

moins trois fagons :

d'abord (cf. [4]) un £metteur de R~~m70 RID, c'est-h-dire plus aminci que dans le

casA, conduit h un meilleure passivation sons entrainer une croissance fficheuse de la

rdsistance s£tie (le facteur de forme FF est presque conserv£) ;

ensuite on peut envisager l'utilisation d'dmetteurs s£lectifs, permettant un meilleur

compromis entre la passivation et la rdsistance sdrie. La r£fdrence [4] constitue une £tude

pr£liminaire de tels £metteurs, qu'on arnincit seulement en dehors de la grille de contact, en

gardant leur dopage superficiel dlevd sous cette grille ;

enfin les propri6tds optiques de la surface ne sont pas encore optimis£es, lorsque la

couche d'oxyde thermique est prdsente : la figure 4 montre que la r£flectivit£ est ddgradde par

rapport au cas du nitrure de silicium seul. Ce point devrait pouvoir due am£lior£.

I3I6 JOURNAL DE PHYSIQUE III N° 7

Remerciements.

Cette £tude est effectu£e dans le cadre du contratcEE«

Multichess»

(JOUR0036). La

technologie des photopiles de haut rendement doit beaucoup aux coop6rations efficaces

conduites avec la socidtd Photowatt (D. Sarti et al.) et le Laboratoire de Photo61ectricitd de

l'Universit6 de Marseille (Prof. S. Martinuzzi et al.). Nous remercions £galement de leur

contribution P. De Schepper et W. Laureys (IMEC) ainsi que C. Grattepain (CNRS).

R4fdrences

[1] LB QUANG NAM, RODOT M., GHANNAM M., COPPYE J., DE SCHEPPER P., Nus J., SARTI D,,

PtRICHAUD I., MARTINUzzI S., Ini. J. Solar Energy (h paraitre).[2] MARTtNUzzI S., PtRICHAUD I., GERVAIS J,, SARTI D., Proc. I0th. EC Photovolt, Solar. Energy

Conf. (Kluwer, I99I) p. 320.

[3] LB QUANG NAM, RODOT M., SARTI D., LOUBLY P., COPPYE J., DEMESMAEKER E., Nus J.. ibid.

p. 661.

[4] COPPYE J., GHANNAM M., SzLUFCIK I., ELGAMEL M. E., NIJS J., LB QUANG NAM, RODOT M.,

Proc. 22nd IEEE Photovolt. Spec. Conf. (IEEE, 1991) (h pardtre).[5] HOVEL H. J., Solar cells, Semicond. Semimei, 11 (Acad, Press, New York, 1975).

[6] SWIMM R. T., DUMAS K. A., J, Appl. Phys. 53 (1982) 7502.

[7] DzEWIOR J., SILBER D., Appl. Phys. Lett. 35 (1979) 170.

[8] DUNBAR P. M., HAUSER J. R., Proc. Ilth Photovolt. Spec. Conf. (IEEE, 1975) 13.

[9] SINGH S. N., SINGH P. K., Proc. 20th Photovolt. Spec. Conf. (IEEE, 1988).

[10] DEL ALAMO J., VAN MEERBERGEN J., D'HOORE F., NIJS J., Solid State Electr. 24 (I98I) 533.

[[[j SARTI D. (Photowatt), communication privde.

Documents

Réponse spectrale de photopiles de haut rendement au silicium multicristallin