Mesure du bruit basse fréquence sous illumination pour la caractérisation des défauts dans les cellules photovoltaïques

Mesure du bruit basse fréquence sous illumination pour la caractérisation
des défauts dans les cellules photovoltaïques

Les cellules photovoltaiques font partie des sources d’énergie les moins carbonées et constituent donc une piste de recherche fondamentale pour la transition énergétique. Augmenter les performances de ces cellules tout en augmentant leur durée de fonctionnement constitue un des enjeux principaux de ce domaine. Au coeur de ce double défi se trouve la problématique des défauts dans les cellules solaires. En effet, la présence de défauts dans le volume ou aux interfaces de la jonction, encourageant les processus de recombinaison des porteurs photo-générés, diminue fortement les durées de vie de ces derniers, et de facto les rendements des cellules photovoltaïques.
D’autre part , la formation progressive de ces défauts au cours du fonctionnement de la cellule  entraine un disfonctionnement du dispositif. Il est donc nécessaire de limiter la présence de défauts et leur formation. Or, avant de les limiter, il est nécessaire de pouvoir les mesurer pour les identifier et les quantifier.

Dans ce contexte, des recherches sont développées à l’IMEP-LAHC sur l’utilisation du bruit basse fréquence, méthode employée depuis plusieurs décennies dans le transistor MOSFET pour extraire le taux des défauts aux interfaces.
L’objectif de ces recherches  est  donc d’appliquer cette méthode aux cellules photovoltaïques. Une première thèse actuellement en cours a déjà démontré que cette méthode était applicable à ces composants, et qu’elle était la source d’informations  sur la nature des
mécanismes de transport électronique non accessibles par les méthodes conventionnelles.
L’objectif de ce stage est d’aller plus loin dans l’utilisation du bruit basse fréquence en exploitant la génération optique dans le composant lors de la mesure. Des résultats expérimentaux publiés récemment semblent indiquer qu’il est possible de stimuler optiquement et sélectivement certains défauts à certaines énergies, et de mesurer des réponses en bruit basse fréquence reflétant
des signatures différentes en fonction de la bande de longueurs utilisée .
Bien que prometteurs, ces résultats publiés sont très partiels et nécessitent une exploration plus détaillée du potentiel de cette méthode électro-optique.
Le travail demandé dans ce stage est donc principalement de nature expérimentale, focalisé sur la mesure de bruit basse fréquence, et instrumentale, car il sera nécessaire de modifier le banc de mesures actuel pour lui adjoindre des sources de lumière. Des manipulations en salle blanche pour fabriquer des échantillons sont envisageables en fonction des compétences et des intérêts de la
candidate ou du candidat.

Contacts :
Chloé Wulles : chloe.wulles@grenoble-inp.fr
Quentin Rafhay : quentin.rafhay@grenoble-inp.fr
Christoforos Theodorou : christoforos.theodorou@grenoble-inp.fr
Anne Kaminski : anne.kaminski@grenoble-inp.fr

Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique- LAboratoire d’Hyperfréquences et de Caractérisation
Unité Mixte de Recherche 5130 CNRS, Grenoble INP, UGA, USMB

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