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Noircler, Guillaume. Caractérisation avancée par microscopie électronique à transmission (TEM) de matériaux innovants pour cellules solaires

Noircler, Guillaume (2020). Caractérisation avancée par microscopie électronique à transmission (TEM) de matériaux innovants pour cellules solaires.

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Résumé en francais

Cette thèse propose des protocoles de caractérisation par Microscopie Electronique à Transmission (MET) de matériaux qui constituent des cellules solaires. Deux études distinctes ont été menées, une sur la caractérisation d'un empilement de couches de passivation du silicium monocristallin (c-Si) constitué d'oxyde d'aluminium amorphe et de nitrure de silicium hydrogéné amorphe (a-AlOx/a-SiNx :H) et une autre sur la caractérisation d'une couche épitaxiée de silicium dopé au bore et fortement hydrogénée. Ces matériaux font partie d'un projet commun de cellule solaire tandem couplant les technologies silicium et pérovskite. L'épitaxie de silicium à basse température (< 200°C) par RF-PECVD est une alternative à la diffusion standard du bore ou à l'implantation ionique, elle assure en plus d'un budget thermique plus faible, la réalisation d'un profil de dopage plus net. La complexité de ce procédé réside dans le fait que de nombreuses impuretés sont incorporées lors de la croissance. Une attention particulière est portée aux défauts en combinant plusieurs techniques de microscopie (HRTEM, STEM-HAADF) et en utilisant une routine de traitement d'image (GPA) qui permet d'étudier le champ de déformation. Pour la couche épitaxiée avant recuit, nous avons montré comment le processus de croissance PECVD non conventionnel influence sa microstructure et lui donne un champ de déformation non uniforme. Dans la couche épitaxiée recuite, aucune déformation n'est mesurée mais des nanomacles ont été détectées et analysées au travers d'un modèle géométrique. L'empilement de couches de passivation a-AlOx/a-SiNx :H sur c-Si a pour but de préserver les propriétés électronique du c-Si. Dans cet empilement, l'a-AlOx a la caractéristique distinctive de donner à la fois une passivation chimique et une passivation par effet de champ, qui nécessite des recherches supplémentaires pour être plus contrôlée. L'a-AlOx est aussi connu pour être instable sous le faisceau d'électron, c'est pourquoi une étude détaillée sur les dommages causés par l'irradiation électronique a été menée. Les dommages par radiolyse se sont avérés être dominants. Ainsi, plusieurs paramètres d'acquisition STEM-EELS comme la tension d'accélération, la dose d'électrons et l'orientation du balayage ont été pris en compte et modifiés pour limiter la radiolyse. Une fois l'irradiation maîtrisé, une investigation STEM-EELS a été menée en utilisant sur les structures fines des seuils Si et Al L2,3 et O K. L'interface s'est avérée être composée d'a-SiOx et d'aluminosilicate non stœchiométrique avec une prédominance d'Al en coordination tétraédrique dans ses premières couches.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Warot-Fonrose, Bénédicte
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Matériaux - Cellules solaires - Caractérisation - MET - EELS - FIB
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :11 Mar 2021 17:06