Caractérisation structurale des contacts ohmiques réalisés à partir d

N
° d’ordre : ……………… ISAL Année 2001
THÈSE
Présentée
DEVANT L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
FORMATION DOCTORALE : Génie des Matériaux
ECOLE DOCTORALE : Ecole Doctorale Matériaux de Lyon
par
Bruno THUILLIER
Maître es Sciences
CARACTERISATION STRUCTURALE DES CONTACTS
OHMIQUES REALISES A PARTIR D’ENCRES
METALLIQUES SUR CELLULES PHOTOVOLTAIQUES
EN SILICIUM MULTICRISTALLIN
Soutenue le ………………… devant la Commission d’Examen
Jury MM. PITAVAL M. Professeur Rapporteur
MARTINUZZI S. Professeur Rapporteur
GUILLOT G. Professeur Examinateur
ESNOUF C. Professeur Examinateur
MARFAING Y. Dr de Recherche CNRS Examinateur
LAUGIER A. Professeur Directeur de thèse
CLAVERIE A. Responsable photovoltaïque ADEME Examinateur
SARTI D. Directeur Scientifique Photowatt Examinateur

SOMMAIRE
INTRODUCTION p. 1
CHAPITRE 1
CELLULE PHOTOVOLTAIQUE INDUSTRIELLE EN SILICIUM MULTICRISTALLIN
I. - CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE p. 4
I.1. - Principe de l’effet photovoltaïque p. 4
I.2. - Cellule solaire p. 5
I.3. - Modélisation électrique p. 6
I.4. - Process de fabrication p. 8
I.5. - Pertes fondamentales et
technologiques p. 10
II. - CONTACTS SERIGRAPHIÉS p. 12
II.1. - Contact métal / semi-conducteur p. 12
II.2. - Contacts ohmiques p. 14
II.3. - La sérigraphie p. 15
II.3.a. - Principe de la technique p. 15
II.3.b. - Pâte de sérigraphie p. 17
II.3.c. - Qualités de la sérigraphie p. 18
III. - TECHNIQUES EXPERIMENTALES p. 19
III.1. - Réponse spectrale p. 19
III.2. - Caractéristique I(V) p. 20
CHAPITRE 2
MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION
I. - GÉNÉRALITÉS p. 23
II. - PRINCIPE DE LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION
p
. 24

II.1. - Diffraction par une famille de plans : loi de Bragg p. 26
II.1.a. - Cas du cristal avec plus d’un atome par maille p. 28
II.1.b. - Le facteur de forme p. 28
II.2. - Imagerie conventionnelle en 2 ondes p. 29
II.3. - Imagerie en haute résolution p. 30
III. - SPECTROSCOPIE DE RAYONS X p. 30
III.1. - Principe de l’analyse de rayons X p. 30
III.2. - Analyse EDX p. 34
IV. - PREPARATION D’ECHANTILLONS p. 34
IV.1. - Préparation d'échantillons non supportés p. 35
IV.2. - Préparation d'échantillons supportés p.35
CHAPITRE 3
CARACTERISATION STRUCTURALE DES CONTACTS SERIGRAPHIES
I. - PROBLEMATIQUE DES CONTACTS SERIGRAPHIES p. 39
I.1. - Introduction p. 39
I.2. - Etuvage des contacts p. 39
II. - CUISSON DES CONTACTS p. 41
II.1. - Contact en face avant p. 42
II.1.a. - Contact massif p. 43
II.1.b. - Interface métal / semi-conducteur p. 44
II.2. - Contact en face arrière p. 46
III. - RECUIT DES CONTACTS p. 48
III.1. - Contact massif p. 48
III.2. - Interface métal / semi-conducteur p. 50
III.2.a. - Contact en face avant p. 50
III.2.b. - Contact en face arrière p. 51
IV. - DISCUSSION p. 53
IV.1. - Cuisson des contacts p. 53
IV.1.a. Contact massif p. 53
IV.1.b. Interface métal / semi-conducteur en face avant p. 54
IV.2. - Recuit des contacts p. 54

IV.3. - Conclusion p. 56
CHAPITRE 4
METALLISATION DE SURFACE - DEPOTS ELECTROLESS
I. - ANALYSE DE LA SURFACE DES CONTACTS p. 59
I.1. - Analyse par microscopie Auger p. 59
I.2 - Analyse ESCA p. 62
I.3. - Décapants chimiques p. 63
II. - REVETEMENT DE SURFACE p. 64
II.1. - Dépôt par échanges (ou par déplacement) p. 65
II.2. - Dépôts autocatalytiques (ou par réduction chimique) p. 66
II.3. - Dépôts électroless p. 68
II.3.a. - Solution de cuivre p. 68
II.3.b. - Solution de nickel p. 69
II.3.c. - Mise en œuvre p. 70
III. - RESULTATS p. 71
III.1. - Résultat préliminaire p. 71
III.2. - Caractérisation des dépôts p. 73
III.2.a. - Observations microscopiques p. 73
III.2.b. - Caractéristiques I(V) sous obscurité p. 75
III.2.c. - Réponse spectrale p. 76
III.2.d. - Caractéristiques I(V) sous éclairement p. 79
III.3. - Soudabilité des contacts p. 82
IV. - CONCLUSION p. 83
CHAPITRE 5
FORMATION ET CARACTERISATION D’UN CHAMP ARRIERE
I. - DEGRADATION DES PERFORMANCES PAR RECOMBINAISONS EN
FACE ARRIERE p. 87
I.1. - Vitesse de recombinaison p. 87
I.2. - Simulation des caractéristiques électriques p. 88

I.2.a. - Logiciel PC-1D p. 88
I.2.b. - Paramètres généraux p. 88
I.2.c. - Simulation avec PC-1D p. 89
II. - REALISATION D’UN CHAMP ARRIERE p. 90
II.1. - Structure n+-p-p+ p. 90
II.2. - Influence des paramètres caractéristiques de la couche p+ p. 91
II.2.a. - Epaisseur : WBSF p. 91
II.2.b. - Dopage p+ p. 92
II.3. - Formation d’une couche p+ p. 94
II.3.a. - Diagramme de phase Al-Si p. 94
II.3.b. - Mécanisme d’élaboration du champ arrière p. 95
II.4. - Etats de surface après formation du champ p. 98
II.4.a. - Rugosité p. 98
II.4.b. - Joints de grains p. 101
II.4.c. - Structure dendritiques p. 102
II.4.d. - Discussion p. 103
III. - CONCLUSION p. 106
CONCLUSION GENERALE p. 107
Références bibliographiques p. 109
Annexe 1 p. 113
Annexe 2 p. 118