Soutenance de thèse de Eddy SAINTAIME

Les cellules solaires à base de silicium mono et multi cristallin dominent le marché du photovoltaïque. En effet, plus de 90%des panneaux sur le marché sont à base de silicium. Cependant, il se pose au moins deux problèmes majeurs qui impactent les cellules à base de ce matériau. D’abord, leur rendement au laboratoire est de 26,3%, une valeur proche de la limite théorique de 29,4% d’après la théorie Shockley Queisser. Ensuite, le coût de production des cellules à base de silicium est élevé à cause entre autres, des pertes de matière première. Ces deux problématiques ont été abordées d’une part en réduisant l’épaisseur du silicium et d’autre part en intégrant ces couches dans une structure tandem. Pour absorber le spectre solaire, classiquement on utilise des couches de 200μm, alors que des épaisseurs inférieures à 100 μm seraient suffisantes. L’implantation d’hydrogène à haute énergie permet de réaliser des substrats d’épaisseur variant de 15 à 100 μm Ainsi, nous avons obtenu des substrats de 48 et 70 μm avec des énergies d’implantation respectivement de 2 et 2,5 MeV. C’est un procédé fiable et reproductible. Cependant, la réduction de l’épaisseur peut entrainer une création importante de défauts dans le substrat si un traitement n’est pas appliqué après le détachement. Des études par simulation, sous le logiciel SILVACO-TCAD, nous ont permis d’étudier l’impact des recombinaisons en surface et en volume sur les performances des cellules solaires à base de couches minces de silicium cristallin. Des mesures de durées de vie des porteurs minoritaires photo générés par la méthode Quasi- Steady- State Photo conductance (QSS-PC) ont été réalisées afin de mesurer l’impact des contraintes résiduelles après le détachement. Par ailleurs, nous avons utilisés ces films de silicium pour servir de cellule Bottom (cellule d’en bas) dans des structures de type tandem. Des simulations sur le logiciel SCAPS-1D ont été réalisées pour étudier les performances d’une telle cellule combinant le CZTS (Copper, Zinc, Tin, Sulfide) (Top cell, cellule d’en haut) et le silicium cristallin en couche mince (Bottom cell) dont un rendement de conversion de plus de 27% a été obtenu.