Lantreibecq, Arthur. Détermination de la nature et de l'origine des défauts cristallins dans le silicium monolike

Résumé en francais

Le silicium monolike (ML), est un matériau obtenu par croissance dirigée sur des germes monocristallins et dédié aux applications photovoltaïque. Cette thèse se concentre sur la qualité structurale de ces cristaux de plusieurs centaines de kilogrammes et qui contiennent des défauts dont certains affectent particulièrement le rendement solaire. Le but est de comprendre les mécanismes d'apparition et de multiplication de ces défauts pour pouvoir à terme les inhiber. Comme le développement de sous-joints de grains (SJG), principaux responsables des pertes de rendements photovoltaïques, est potentiellement lié aux contraintes thermomécaniques qui se développent au cours du cycle de fabrication, nous avons simulé numériquement les températures d'un four contenant un lingot sur un cycle complet (fusion, croissance, refroidissement). A partir des valeurs de températures, nous avons pu établir une cartographie des contraintes thermomécaniques ainsi que leur évolution temporelle. En parallèle, nous avons utilisé plusieurs techniques de caractérisations structurales et électriques pour analyser les défauts cristallins et leur répartition dans le lingot, et ce à différentes échelles. Au cours du cycle, un premier maximum de contrainte en fin de chauffe génère des dislocations et des précurseurs de SJG dans le germe, le second en fin de solidification / début de refroidissement mène à l'organisation finale des dislocations du bruit de fond présentes dans tout le lingot. Une fois les SJG apparus, ils s'étendent latéralement au fur et à mesure de la progression de l'interface solide-liquide. Ces sous-joints ont une structure constituée de dislocations sessiles et verticales, qui suivent le front de solidification mais également de dislocations mobiles qui viennent se bloquer sur cette structure préexistante. L'intégration de ces dislocations mobiles, qui peut se produire juste après le passage du front ou au cours du refroidissement augmente la désorientation des SJG. Au cours d'essais de traction en microscopie électronique en transmission in-situ, nous avons déterminé que ces SJG sont stables à haute température et peuvent agir comme sources de dislocations. Celles-ci semblent avoir des mobilités similaires à celles établies dans le silicium Cz. Les micromacles sont un autre défaut cristallin très commun au Si ML, Nous avons établi leur innocuité intrinsèque par rapport aux pertes de rendement photoélectrique, leur faible interaction avec les SJG et dislocations et le fait que ce type de défaut est exclusivement généré à l'interface solide-liquide.