Etudes des proprietes physiques et chimiques de la surface des substrats de Silicium apres decoupe dans les applications aux cellules solaires photovoltaiques
Pour l'industrie photovoltaique (PV) l'optimisation de la decoupe de lingot de silicium en tranches represente un enjeu a la fois economique et scientifique. Enjeu economique en ce qu'il est important de reduire la perte de matiere induite par la decoupe. Enjeu scientifique en ce qu'il est necessaire de comprendre l'impact du sciage sur la qualite du silicium au voisinage de la surface. Ce travail de these de doctorat a pour objectif de caracteriser la nature et l'extension de l'endommagement genere par une technique innovante de decoupe realisee a l'aide de fils diamantes. Un objectif majeur est d'evaluer l'epaisseur de la couche de silicium perturbee (appelee SSD) Afin de caracteriser la SSD, des analyses physico chimiques en fonction de la profondeur ont ete realisees d'une part, sur des echantillons bruts de decoupe en surface, en coupes biaises ou transverses et d'autre part, par enlevement progressif de matiere par des attaques chimiques en solutions diluees. Des protocoles de preparation d'echantillons ainsi que de nombreuses techniques de caracterisation ont ete utilisees. En particulier des techniques de microscopie (optique, confocale, electronique MEB et TEM) de spectroscopie de photoelectrons (XPS) de diffraction de rayons X (DRX) de spectroscopie Raman ainsi que des essais de resistances mecaniques aboutissent a une caracterisation multi echelle des tranches et de coupons. Un polissage en coupes biaises avec un angle faible permet d'etendre la zone d'observation des defauts en profondeur et d'en faire une analyse statistique. De plus, des methodes de mesure de duree de vie des porteurs minoritaires sont exploitees pour evaluer les processus de recombinaison sur la couche perturbee. Le temps de vie a ete obtenu via la mesure de la decroissance de photoconductivite (PCD) sur des surfaces passivees par differents materiaux (SiNx :H, Al2O3) et procedes de depots (PECVD, ALD) D'abord, la caracterisation des echantillons bruts de decoupe indique que les defauts majeurs de la SSD sont des fissures generees par la decoupe et qui se propagent en subsurface. Ces fissures se distribuent sur des profondeurs variables et heterogenes selon les conditions de decoupe. Ensuite, les resultats de la methode par enlevement controle montrent, d'une part, un effet de la SSD dans les processus de recombinaison. La precision d'evaluation de cet effet est conditionnee par des passivations de surface optimisees et des mesures fiables du temps de vie. D'autre part, ils montrent une interaction de l'attaque chimique avec les fissures. Ce dernier point est determinant dans l'evaluation de l'epaisseur de la SSD globale pouvant impacter les performances des cellules solaires.