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RÉSUMÉ
Cet article présente les avantages des films minces polycristallins, amorphes ou microcristallins pour la production de masse des modules solaires. Actuellement, c’est la technologie du silicium cristallin massif qui l’emporte, mais des limitations sont à prévoir sur le moyen terme. De multiples raisons peuvent être avancées pour justifier l’intérêt des technologies des fils minces, citons une meilleure conversion spectrale, la possibilité d’un dépôt direct à partir d’une phase gazeuse ou liquide et la capacité de production de grandes plaques avec interconnexion des cellules.
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Alain RICAUD : Gérant de CYTHELIA Consultants (Savoie-Technolac) - Professeur associé à l’Université de Savoie - Ancien directeur de France-Photon (Angoulême), Solarex Corp (Frederick, Md), et Solems SA (Palaiseau)
INTRODUCTION
Les films minces, qu’ils soient polycristallins, amorphes ou microcristallins, présentent des avantages certains dans la course à la production de modules solaires à grande échelle par leur capacité de produire de grandes plaques où l’interconnexion des cellules est intégrée, par leur consommation très réduite de matière et leur faible consommation énergétique durant le cycle de production.
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3. Filières silicium amorphe et microcristallin
Les matériaux amorphes, à la différence des cristaux ne possèdent pas d’organisation atomique régulière, du moins à longue distance. En fait un ordre local est préservé. Dans le silicium amorphe, les liaisons chimiques entre un atome Si et ses plus proches voisins satisfont la configuration tétraédrique caractéristique de l’hybridation sp 3 où chaque atome est lié à ses quatre voisins (distants de 0,23 nm) par une liaison covalente Si-Si. Dans les composés covalents et les chalcogénures amorphes, la longueur des liaisons interatomiques et les angles de ces liaisons varient légèrement autour des valeurs moyennes qui sont celles du cristal. Cette dispersion augmente avec la distance, de sorte que dès que la distance à un atome donné dépasse quatre à cinq distances interatomiques, les positions sont aléatoirement distribuées et une fraction importante des liaisons de covalence sont coupées, donc des électrons sont non appariés. On dit de tels atomes qu’ils présentent une liaison pendante « dangling bond ». Cette liaison pendante conditionne l’essentiel du comportement du matériau. Un second électron peut aisément s’y fixer, créant un centre chargé négativement ; l’électron célibataire peut au contraire s’échapper, laissant un centre chargé positivement. On dit que la liaison brisée présente un caractère amphotère.
3.1 Silicium amorphe (a-Si:H)
Le a-Si produit sous vide ou par des méthodes de pulvérisation cathodique contient tellement de défauts que les états localisés dans la bande interdite interdisent son dopage. Des films minces au silicium amorphe ont été réalisés dès 1989 par la méthode de décharge électroluminescente ( glow discharge) [34].
Dans le procédé de décharge électroluminescente, la présence de 5 à 15 % d’hydrogène permet, grâce à la petite taille de cet atome de saturer les liaisons non satisfaites, réduisant par là même la densité d’états localisés dans la bande interdite.
Le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) (figure 7) s’est fait connaître par l’annonce de W.E. Spear et P.E. Lecomber de l’Université de Dundee [Solid State Comm. 17 (1975) 1193] qu’il était possible de contrôler le dopage N ou...
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Filières silicium amorphe et microcristallin
ANNEXES
1 Recherches et développements
Quelques problèmes restent encore à résoudre au niveau des procédés.
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On ne sait toujours pas bien contrôler le dopage du CdTe . On a trouvé empiriquement qu’un traitement avec CdCl 2 (composé bien connu pour aider la recristallisation des couches CdS) est bénéfique. Tout à la fois, il active la jonction, passive les grains, accroît leur taille et dope. On ne comprend pas bien les mécanismes, mais il a été prouvé que des changements de structure morphologique et électronique sont induits par la présence de CdCl 2 dans la phase gazeuse au voisinage du film . Il semble que...
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