Plasma grown silicon nanowires catalysed by post-transition metals and applications in radial junction solar cells. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2012

Plasma grown silicon nanowires catalysed by post-transition metals and applications in radial junction solar cells.

La croissance plasma de nanofils de silicium catalysée par l'étain et l'indium et applications dans les cellules solaires à jonctions radiales.

(1)
1

Abstract

In this thesis, disordered arrays of vertical silicon nanowires are used to trap light in PECVD-deposited silicon solar cells. The abrupt surface which they present can absorb light efficiently and be manufactured in the same vacuum run as the other layers of the cell, offering the prospect of dispensing with the additional fabrication steps conventionally required to texture the substrates of thin-film photovoltaics. Drops of liquid tin and indium, designed to catalyze the growth of silicon nanowires, were deposited and rearranged on transparent conducting oxide substrates under vacuum to obtain metal drop configurations with diameters and densities spanning several orders of magnitude. In discussing the suitability of different metals to catalyze the growth of silicon nanowires, we have highlighted distinctions between the behavior of transition and non-transition metals for vapor-liquid-solid growth and studied in particular the case of silicon nanowires catalyzed by tin. Nanowires doped P-type with the appropriate morphology were covered in conformal layers of intrinsic and N-type hydrogenated amorphous silicon, and an indium-tin-oxide electrical contact to produce networks of 107 radial PIN junctions connected over areas of 3.1 mm². Optimizing the fabrication process of these devices has led to open-circuit voltages of 0.8 V and short-circuit currents of 13 mA/cm². The cells are deposited over untextured substrates using techniques which are compatible with a single pump-down process. Their ability to trap light rivals that of established texturing techniques and their performance comes close to that of planar PIN structures.
Cette thèse présente des cellules solaires en silicium deposées par plasma dans lesquelles la lumière est piégée par un réseau désorganisé de nanofils de silicium. Le dépôt sous vide des nanofils permet de contourner les étapes de texturation de substrat typiquement requises pour augmenter le parcours moyen des photons dans les cellules solaires en couches minces classiques. Des gouttes d'étain et d'indium servant à catalyser la croissance de ces nanofils ont été déposées et disposées sous vide sur des substrats d'oxide trasparent conducteur. Des agencements de gouttes métalliques aux diamètres et densités couvrant plusieurs ordres de grandeur ont été obtenus en optimisant les matériaux et les conditions de dépôt utilisés. En comparant l'aptitude de différents métaux à catalyser la croissance de nanofils de silicium, des distinctions majeures ont été établies entre les métaux de transition et Sn, In, Bi, Ga, Pb et Al. Le cas des nanofils de silicium catalysés par des gouttes d'étain a été étudié en profondeur. Des réseaux désorganisés de nanofils dopés de type P ont été recouverts de couches de silicium amorphe hydrogéné intrinsèque et dopés N, ainsi que d'une couche d'oxide d'ITO pour former des réseaux de 107 jonctions PIN radiales couvrant des surfaces de 3,1 mm². Ces cellules présentent des tensions à circuit ouvert de 0,8 V et des courants de court-circuit de 13 mA/cm² bien qu'elles soient entièrement déposées par des étapes sous vide sur des substrats non texturés.
Fichier principal
Vignette du fichier
ODonnell_-_PhD_2012.pdf (10.71 Mo) Télécharger le fichier

Dates and versions

pastel-00761566 , version 1 (05-12-2012)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00761566 , version 1

Cite

Benedict O'Donnell. La croissance plasma de nanofils de silicium catalysée par l'étain et l'indium et applications dans les cellules solaires à jonctions radiales.. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Ecole Polytechnique X, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00761566⟩
331 View
986 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More