Recherche avancée sur les thèses de l'INSA de Lyon


Gérenton, Félix. Procédés innovants adaptés aux cellules photovoltaïques PERC en couches minces de silicium cristallin [en ligne]. Thèse. Villeurbanne : Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 2016. Disponible sur : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2016LYSEI143/these.pdf


Domaine(s) : D18 - Electromagnétisme, Electricité, Electronique
Indice Dewey : 537.540 72
Langue : Français
Mots-clés : Energie solaire, Mix énergétique, Cellule photovoltaïque, Cellule Perc - Passivated Emitter und Rear Cell, Couches minces silicium cristallin, Passivation, Nanoimpression, Photovoltaic Cell, Passivated Emitter und Rear Cell - PERC, Crystaline silicon, Thin films, Passivation, Nanoimprint



Directeur(s) de thèse : Lemiti, Mustapha
Etablissement de soutenance : INSA de Lyon
Etablissement de co-tutelle : Université de Lyon - 2015-...., École Doctorale Electronique, Electrotechnique, Automatique - Lyon
Laboratoire : Université de Lyon - 2015-...., École Doctorale Electronique, Electrotechnique, Automatique - Lyon, Institut national des sciences appliquées de Lyon - Lyon, INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270, Ecole(s) Doctorale(s) : ED Electronique, Electrotechnique, Automatique, Partenaire(s) de recherche : Institut national des sciences appliquées (Lyon) (établissement opérateur d'inscription), INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon (Laboratoire), Institut des Nanotechnologies de Lyon - Site de l'INSA / INL (Laboratoire), Autre(s) contribution(s) : Ahmad Bsiesy (Président du jury) ; Mustapha Lemiti, Ahmad Bsiesy, Olivier Palais, Yannick Veschetti, Fabien Mandorlo, Stéphanie Parola (Membre(s) du jury) ; Olivier Palais, Yannick Veschetti (Rapporteur(s))
Numéro national de thèse : 2016LYSEI143
Date de soutenance : 2016

Accès au format Numérique libre, PDF
Accès
au format papier, disponiblités des exemplaires

Droits réservés, utilisation gratuite, conditions générales



Résumé français : Le coût de fabrication des modules photovoltaïques est un point critique pour implanter l énergie solaire dans le mix énergétique. L un des moyens d abaisser ce coût est la réduction de l épaisseur de silicium utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques. Il est techniquement possible de produire des cellules photovoltaïques en silicium cristallin d une épaisseur de quelques dizaines de micromètres d épaisseur seulement, bien que cela représente un défi à la fois pour le procédé de fabrication de telles cellules et pour leur optimisation. Celle-ci est différente des cellules d épaisseur conventionnelle notamment par le besoin d un piégeage optique et d une passivation de surface de haut niveau. Cet aspect sera étudié au travers de deux structures : un réflecteur en face arrière de la cellule, et un procédé de texturisation innovant pour limiter la gravure du silicium de la cellule, déjà mince. Enfin, l implantation du réflecteur dans des cellules photovoltaïques sera traitée. L optimisation du réflecteur considéré pour des cellules minces en silicium cristallin a montré de très bonnes propriétés réfléchissantes et de passivation de surface, ainsi qu une compatibilité avec l ensemble des étapes du procédé de fabrication. Ensuite, la texturisation avancée développée dans ce travail a montré un gain potentiel important en photogénération pour des cellules de faible épaisseur. La caractérisation de ces structures a montré des performances optiques et électriques comparables à l état-de-l art. Enfin, la fabrication de cellules photovoltaïques d épaisseur standard utilisant le procédé développé pour les cellules minces a montré le gain du réflecteur développé pour la face arrière par rapport à une structure classique de cellule. De plus, la réalisation de ces cellules avec le procédé destiné aux cellules minces a permis d établir que les étapes non-standard du procédé sont compatibles avec l obtention de cellules photovoltaïques performantes.


English abstract : The cost of fabrication of photovoltaic modules is a critical figure for settling solar power into the energy mix. One way to lower this cost is to decrease silicon use in photovoltaic cells. It is technically possible to produce crystalline silicon solar cells only a few dozens of microns thick, although this represents a challenge both for their fabrication process and their optimization. This last one is different from cells of standard thickness, especially by the need of high level light trapping and surface passivation. Two structures will be studied in order to fulfill these aspects : a reflector on the rear side of the cell, and an innovative texturing process used to limit the etching of the already thin silicon absorber. Eventually, the implementation of the rear side reflector into photovoltaic cells will be discussed. The rear side reflector optimized for thin-film crystalline silicon solar cells has shown very good passivating and reflecting properties, as well as compatibility with the overall fabrication process. Moreover, the advanced texturation process developped in this work has shown a large potential gain in photogeneration for thin solar cells. These structures have been characterized and have shown a reflectivity and a passivation level coherent with the state-of-the-art. Finally, solar cells of standard thickness have been fabricated with the thin solar cells process, and have shown an improvement from the rear side reflector in comparison with a standard cell structure. Moreover, making these cells with the thin cells process has shown that the non-standard steps of this process are compatible with high-performance solar cells fabrication.