Fabrication de cellules triple-jonction à multi-terminaux

Abstract

Dans l’industrie du photovoltaïque à concentration, les cellules utilisées sont des cellules à jonctions multiples vu qu’elles permettent d’atteindre des efficacités élevées. Celles qui nous intéressent sont des cellules monolithiques triple-jonction à base d’InGaP/ InGaAs/Ge pouvant atteindre un rendement plus que 40 % sous concentration. Communément, on dépose deux contacts sur la face avant et en dessous de la face arrière qui constituent consécutivement le contact émetteur et le contact base, d’où l’architecture à deux terminaux. Dans cette architecture, les sous-cellules sont électriquement interconnectées en série. Si on veut améliorer les performances de la cellule triple-jonction, il est primordial d’avoir des informations électriques sur chaque sous-cellule, d’où la nécessité de les caractériser individuellement. Cependant, avec l’architecture à deux-terminaux, les caractérisations des sous-cellules ne sont pas évidentes. D’où l’idée de fabriquer des cellules triple-jonction à multi-terminaux telles que les sous-cellules sont électriquement indépendantes, ce qui permet d’avoir un accès direct à chacune d’elles et les caractériser sur une base individuelle. Dans le cadre de cette recherche, un procédé de gravure chimique sélective des différentes couches d’empilement à base d’InGaP/InGaAs/Ge a été développé en utilisant des solutions chimiques à base de H2SO4/H2O2/H2O et HCl/ H3PO4. Ce procédé a visé à réaliser une architecture permettant, par la suite, le dépôt des contacts métalliques Pd/Ge/Ti/Pd/Al, Pt/Ti/Au, Cu/Pt/Ti/Au and Ni/Au sur chacune des sous-cellules en utilisant les techniques de fabrication souvent utilisées telles que la photolithographie et l’évaporation. Finalement, des caractérisations en obscurité des différentes sous-cellules indépendantes électriquement ont été effectuées afin de montrer la fiabilité du procédé de fabrication proposé.

Abstract : In the concentrated photovoltaic industry, cells often used are multi-junction cells as they can achieve high efficiencies. Cells of interest are monolithic triple-junction cells based on InGaP/InGaAs/Ge that can achieve efficiencies higher than 40% under concentration. Commonly, two contacts are deposited on the front side and underneath the back side which consecutively constitutes the emitter contact and the base contact, hence the two-terminal architecture. In this architecture, the sub-cells are electrically interconnected in series. To improve the performance of the triple-junction cell, it is essential to have electrical information about each sub-cell, hence the need to characterize them individually. However, with the two-terminal architecture, characterizations of sub-cells are not straightforward. Hence, the idea of fabricating multi-terminal triple-junction cells such that sub-cells are electrically independent, allowing direct access to each of them and characterizing them on an individual basis. In this research, a process for wet selective etching of the InGaP/InGaAs/Ge’s stack layers was developed using chemical solutions based on H2SO4/H2O2/H2O and HCl/H3PO4. This process aimed to achieve an architecture allowing the subsequent deposition of Pd/Ge/Ti/Pd/Al, Pt/Ti/Au, Cu/Pt/Ti/Au and Ni/Au metal contacts on each of the sub-cells using commonly used fabrication techniques such as photolithography and evaporation. Finally, dark characterisations of different electrically independent sub-cells were carried out to test the reliability of the proposed fabrication process.