Étude d’un procédé d’amincissement abrasif pour la fabrication de cellules solaires minces triple-jonctions III-V/Ge

Abstract

Les cellules photovoltaïques multi-jonctions sont des cellules solaires à très haut rendement. Elles sont historiquement utilisées dans le domaine spatial, notamment sur les satellites, mais aujourd’hui leur domaine d’application s’est étendu jusque sur terre dans le cadre de fermes solaires. Malheureusement, leur coût de fabrication reste une grosse contrainte et limite leur application. C’est avec la technologie du photovoltaïque concentré (CPV), utilisant concentrateurs et systèmes de suivi solaire, que ce type de cellules devient com- pétitif sur le marché. Cette étude propose de s’intéresser à l’amincissement de cellules solaires multi-jonctions. Les perspectives et les intérêts envisagés de cet amincissement sont prometteurs. Cela pourrait permettre une meilleure gestion de la chaleur induite par la concentration du soleil et une diminution de la résistance série. De plus, la démonstra- tion de cellules amincies avec un rendement équivalent aux cellules standards donnerait encore plus d’intérêt au développement de procédé de recyclage du substrat en vue de ré- duire le coût de fabrication. Ce procédé pourrait également permettre de réduire le poids de la cellule, ce qui serait très profitables au domaine spatial où la production électrique par unité de surface et de poids doit être maximisé. En nous inspirant des technologies 3D sur silicium, qui utilisent déjà des substrats amincis, nous allons mettre en place un proto- cole d’amincissement abrasif de substrat en germanium et l’intégrer dans le processus de fabrication de cellules triple-jonctions. Nous présenterons la caractérisation et la mise en fonctionnement d’un outil d’usinage par abrasion désormais disponible au 3IT. Les résul- tats obtenus sur des gaufres de Silicium seront présentés afin de fournir une vue générale des capacités de l’instrument. L’influence de différents paramètres (notamment de la vi- tesse d’amincissement) sur la rugosité de surface et sur l’homogénéité de l’amincissement, seront étudiées. Nous verrons ensuite son application à l’amincissement de substrat en Germanium avec le développement d’un procédé de fabrication de cellules solaires minces triple-jonctions comprenant, le collage sur gaufres de Silicium, l’amincissement abrasif et le collage métallique de report. Nous montrerons qu’il est possible d’amincir le substrat en Germanium, d’un empilement de matériaux III-V, avec un usinage par abrasion (le meulage), en mettant notamment en évidence l’importance de la planéité du collage sur la gaufre support. Nous verrons également que la méthode d’amincissement par abrasion peut sévèrement endommager la structure et causer des fissurations, que nous pouvons contrôler avec la vitesse d’amincissement et l’épaisseur de polymère utilisé comme collage. Enfin nous démontrerons l’amincissement d’une cellule photovoltaïque réduisant l’épais- seur de son substrat de 170 μm à 40 μm.