Etude expérimentale et théorique des contacts tunnels pour les cellules photovoltaïques à base de silicium

Contexte
Dans le cadre d’un projet de recherche financé par l’ANR, le groupe CMNE du laboratoire IMEP-LaHC va entreprendre une étude approfondie de nouveaux types de contacts pour les cellules solaires à base de silicium cristallin (c-Si). Cette nouvelle technologie de contact utilise la propriété de passivation des couches d’oxyde de silicium SiOx (réduction des recombinaisons et donc amélioration des rendements) en exploitant la possibilité de transporter les courants générés à travers ces oxydes, par effet tunnel (Figure 1).

                                                Figure 1 : Schémas d’un contact standard (direct sur c-Si) et passivé (par un SiOx « tunnel »)

Les implications de cette technologie innovante, actuellement développée au CEA-INES, sont cependant mal comprises. En particulier, les questions suivantes sont encore ouvertes :

• Quelle est l’épaisseur d’oxyde permettant à la fois une bonne passivation et un transport tunnel adéquate ?
• Quelle influence a le profil de dopage sur les recombinaisons sous un contact tunnel ?

Travail demandé
Cette étude sera menée grâce à une approche à la fois théorique et expérimentale. D’une part, des simulations dérive-diffusion 1D et 2D, incluant des modèles de courants tunnels qu’il faudra qualifier, permettront d’étudier en détail le rôle du contact en SiOx, du profil de dopage et des recombinaisons sur la caractéristique complète de la cellule. Ces simulations seront effectuées à l’aide du logiciel commercial Sentaurus.
Une étude expérimentale par caractérisation électrique (mesure I-V, C-V) permettra de conforter ou au contraire de contredire les simulations réalisées. Une série de mesures KFM permettra une cartographie 2D du travail de sortie des cellules et de l’épaisseur d’oxyde des cellules.
L’objectif final sera d’implémenter les caractéristiques simulées et/ou mesurées dans le logiciel Griddler, qui permet d’estimer les performances d’une cellule complète, et donc d’évaluer l’intérêt des technologies de contact tunnel pour le photovoltaïque.

Compétences/formation

• Niveau M1 ou M2
• Formation en physique du semi-conducteur, physique du composant, photovoltaïque
• Solide base dans l’utilisation des outils informatiques
• Bonne connaissance en méthode numérique
• Expérience en caractérisation électrique

Encadrement et contact :

• Anne Kaminski (PR Phelma/Grenoble-INP & IMEP-LAHC)
•  Quentin Rafhay (MCF Phelma/Grenoble-INP & IMEP-LAHC)
• Antoine Veau (Doctorant CEA-INES)
•  Thibault Desrues (Ingénieur-Chercheur CEA-INES)

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