Développement de techniques de métallisation

Année 2011
Thèse
Développement de techniques de
métallisation innovantes pour cellules
photovoltaïques à haut rendement
Présentée devant
L’institut national des sciences appliquées de Lyon
Pour obtenir
Le grade de docteur
École doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique
Spécialité : Dispositifs de l’Electronique Intégrée
Par
Caroline Boulord
(Ingénieur INSA)
Jury
ALCUBILLA Ramon Professeur Rapporteur
BASTIDE Stéphane Docteur Invité
LINCOT Daniel Professeur Rapporteur
DURAND Yvonnick Ingénieur Invité
GAUTHIER Michel Ingénieur Invité
KAMINSKI-CACHOPO Anne Professeur Directeur
LEMITI Mustapha Professeur Président du jury
STREMSDOERFER Guy Professeur Examinateur
VESCHETTI Yannick Docteur Directeur
Cette thèse a été préparée à l’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) et à l’Institut Na-
tional de l’Energie Solaire (INES)
Cofinancement ADEME-CEA
Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0032/these.pdf
© [C. Boulord], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés

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Ecoles Doctorales
SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE
CHIMIE
CHIMIE DE LYON
http://sakura.cpe.fr/ED206
M. Jean Marc LANCELIN
Insa : R. GOURDON
M. Jean Marc LANCELIN
Université Claude Bernard Lyon 1
Bât CPE
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax :
[e-mail]
E.E.A.
ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNI-
QUE, AUTOMATIQUE
http://www.insa-lyon.fr/eea
M. Alain NICOLAS
Insa : D. BARBIER
[e-mail]
Secrétariat : M. LABOUNE
AM. 64.43 – Fax : 64.54
M. Alain NICOLAS
Ecole Centrale de Lyon
Bâtiment H9
36 avenue Guy de Collongue
69134 ECULLY
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN
E2M2
EVOLUTION, ECOSYSTEME, MI-
CROBIOLOGIE, MODELISATION
http://biomserv.univ-
lyon1.fr/E2M2
M. Jean-Pierre FLANDROIS
Insa : S. GRENIER
M. Jean-Pierre FLANDROIS
CNRS UMR 5558
Université Claude Bernard Lyon 1
Bât G. Mendel
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cédex
Tél : [phone] Fax [phone]
06 07 53 89 13
[e-mail]
EDIIS
INFORMATIQUE ET INFORMATION
POUR LA SOCIETE
http://ediis.univ-lyon1.fr
M. Alain MILLE
Secrétariat : I. BUISSON
M. Alain MILLE
Université Claude Bernard Lyon 1
LIRIS - EDIIS
Bâtiment Nautibus
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax [phone]
[e-mail] - [e-mail]
EDISS
INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-
SANTE
M. Didier REVEL
Insa : M. LAGARDE
M. Didier REVEL
Hôpital Cardiologique de Lyon
Bâtiment Central
28 Avenue Doyen Lépine
69500 BRON
Tél : [phone] Fax :
[e-mail]
MATERIAUX DE LYON
M. Jean Marc PELLETIER
Secrétariat : C. BERNAVON
83.85
M. Jean Marc PELLETIER
INSA de Lyon
MATEIS
Bâtiment Blaise Pascal
7 avenue Jean Capelle
69621 VILLEURBANNE Cédex
Tél : [phone] Fax [phone]
[e-mail]
Math IF
MATHEMATIQUES ET INFORMATI-
QUE FONDAMENTALE
M. Pascal KOIRAN
Insa : G. BAYADA
M.Pascal KOIRAN
Ecole Normale Supérieure de Lyon
46 allée d’Italie
69364 LYON Cédex 07
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
Secrétariat : Fatine Latif - [e-mail]
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MEGA
MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE
CIVIL, ACOUSTIQUE
M. Jean Louis GUYADER
Secrétariat : M. LABOUNE
PM : 71.80 –Fax : 87.12
M. Jean Louis GUYADER
INSA de Lyon
Laboratoire de Vibrations et Acoustique
Bâtiment Antoine de Saint Exupéry
25 bis avenue Jean Capelle
69621 VILLEURBANNE Cedex
Tél :[phone] Fax : [phone]
[e-mail]
SSED
SCIENCES DES SOCIETES, DE
L’ENVIRONNEMENT ET DU DROIT
Mme Claude-Isabelle BRELOT
Insa : J.Y. TOUSSAINT
Mme Claude-Isabelle BRELOT
Université Lyon 2
86 rue Pasteur
69365 LYON Cedex 07
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
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Résumé
Un des problèmes majeurs limitant le rendement des cellules photovoltaïques
est la qualité des contacts. Actuellement, la sérigraphie est la technique la plus cou-
ramment utilisée pour la production de cellules solaires industrielles en raison de son
faible coût, sa rapidité et sa facilité de mise en œuvre. Cependant, cette technique pré-
sente un certain nombre de limitations: résistivité élevée, nécessité d’un dopage
d’émetteur élevé pour assurer un bon contact, taux d’ombre important en raison de la
largeur minimale des contacts comprise entre 100 et 120 µm, alignement indispensable
dans le cas des émetteurs sélectifs… La mise en œuvre de techniques de métallisation
innovantes capables de rivaliser avec la sérigraphie est donc un enjeu essentiel. L’idée
est de s’orienter vers des techniques compatibles avec l’industrie et ne nécessitant ni
photolithographie, ni hautes températures ou basses pressions. Les dépôts de métaux
conducteurs par voie électrochimique semblent répondre à ces contraintes technologi-
ques. Cette thèse s’est focalisée sur le développement et l’optimisation de techni-
ques de métallisation électrochimique permettant le dépôt de métaux conducteurs,
l’argent et le cuivre, par voie électrolytique ou par la technique dite LIP (Light-Induced
Plating). Deux approches ont été abordées pour l’élaboration des contacts en face
avant : l’épaississement de contacts sérigraphiés d’une part, et la réalisation de
contacts entièrement par voie électrochimique sans recours à la sérigraphie. Pour cette
dernière solution, le dépôt d’une couche d’accroche avant l’étape d’épaississement est
nécessaire afin d’assurer une résistivité de contact faible, une bonne adhérence et une
bonne sélectivité au travers de la couche anti-reflet. Ces objectifs ont été atteints grâce
à la mise en œuvre et l’optimisation de dépôts electroless de nickel-phosphore (NiP), y
compris sur émetteur peu dopé. Les investigations menées ont également permis une
meilleure compréhension des mécanismes de formation du contact NiP/Si.
La faisabilité des techniques de dépôt électrochimique a été démontrée pour
diverses applications: cellules avec contacts électrochimiques NiP/Ag en face avant,
cellules de type n, épaississement de contacts fins sérigraphiés… Des résultats très
prometteurs d’amélioration de facteur de forme FF et de rendement η ont été obtenus
et permettent d’envisager une ouverture potentielle vers de nouvelles structures de cel-
lules photovoltaïques à haut rendement : cellules à émetteur peu dopé, cellules à émet-
teur sélectif avec ouverture laser de la couche anti-reflet, cellules à contacts arrières….
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