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Développement, caractérisation et modélisation d’interfaces pour cellules solaires à haut rendement à base d’hétérojonctions de silicium
No full textThe interface between amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si) is the building block of high efficiency solar cells based on low temperature fabrication processes. Three properties of the interface determine the performance of silicon heterojunction solar cells: band offsets between a-Si:H and c-Si, interface defects and band bending in c-Si. These three points are addressed in this thesis.First, an analytical model for the calculation of the band bending in c-Si is developed. It assumes a constant density of states (DOS) in the a-Si:H band gap. The influence of most parameters of the structure on the band bending is studied: band offsets, DOS in a-Si:H, interface defects, etc. The presence of quantum confinement at the interface is discussed. Analytical calculations and temperature dependent planar conductance measurements are compared such that the band offsets on both (p)a-Si:H/(n)c-Si and (n)a-Si:H/(p)c-Si can be estimated: the valence band offset amounts 0.36 eV while the conduction band offset is 0.15 eV. In addition, it is shown that the valence band offset is independent of temperature whereas the conduction band offset follows the evolutions of c-Si and a-Si:H band gaps with temperature. A discussion of these results in the frame of the branch point theory for band line-up leads to the conclusion that the branch point in a-Si:H is independent of the doping.Then, analytical calculations are developed further to take into account the real solar cell structure where the a-Si:H/c-Si structure is in contact with a transparent conductive oxide and an undoped buffer layer is present at the interface. Measurements of the planar conductance and of the interface passivation quality are interpreted in the light of analytical calculations and numerical simulations to open a way towards a method for the optimization of silicon heterojunction solar cells. It is particularly shown that a trade-off has to be found between a good passivation quality and a significant band bending. This can be realized by tuning the buffer layer properties (thickness, doping), the TCO-contact (high work function) and the emitter (defect density and thickness). Interestingly, an emitter with a high DOS leads to better cell performances.Finally, a new type of interface has been developed, that was not applied to heterojunction solar cells so far. The c-Si surface has been oxidized in deionized water at 80 °C before the (p)a-Si:H emitter deposition such that (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si structures were obtained. A tunneling current model has been developed, implemented in the 1D numerical device simulator AFORS-HET and used to study the effect of a wide band gap interfacial layer (as it is the case for SiO2) on cell performance: the fill-factor and the short-circuit current are dramatically reduced for thick and high barriers. However, a SiO2 layer has only little impact on optical properties. Fabricated samples show a passivation quality halfway between samples with no buffer layer and with an (i)a-Si:H buffer layer: this is explained by the presence of a negative fixed charge in the oxide. The band bending in (n)c-Si is higher with an oxide layer than with an (i)a-Si:H buffer layer. Solar cells demonstrate that this new concept has the potential to achieve high power conversion efficiencies: for non-optimized structures, an open-circuit voltage higher than 650 mV has been demonstrated, while the oxide does not seem to create a barrier to charge transport.L’interface entre le silicium amorphe (a-Si:H) et le silicium cristallin (c-Si) est un constituent clés de cellules solaires à haut rendement reposant sur des procédés à basse température. Trois propriétés de l’interface déterminent le rendement des cellules solaires à hétérojonction de silicium: les décalages de bandes entre a-Si:H et c-Si, les défauts d’interface et la courbure de bande dans c-Si. Ces trois aspects sont traités dans ces travaux de thèse.Dans un premier un temps, un calcul analytique de la courbure de bande dans c-Si est développé. Il repose sur l’approximation d’une densité d’état (DE) constante dans la bande interdite de a-Si:H. L’influence des principaux paramètres de la structure sur la courbure de bande est étudiée : décalage de bande, densité d’état dans a-Si:H, défaut d’interface, etc. La présence d’un effet de confinement quantique est discutée. Grâce à une comparaison entre ces calculs et des mesures de conductance planaire en fonction de la température sur des structures (p)a-Si:H/(n)c-Si et (n)a-Si:H/(p)c-Si, les décalages de bande de valence et de conduction ont pu être estimés à 0.36 eV et 0.15 eV respectivement. En outre, il est montré que le décalage de la bande de valence est indépendant de la température, alors que le décalage de la bande de conduction suit les évolutions des bandes interdites de c-Si et a-Si:H. Ces mesures tendent à prouver que le ‘branch point’ dans a-Si:H est indépendant du dopage.Ensuite, les calculs analytiques sont approfondis pour prendre en compte différents aspects de la structure complète incorporée dans les cellules : contact avec un oxyde transparent conducteur, présence d’une couche de a-Si:H non-dopée à l’interface. A l’aide de simulations numériques et à la lumière de mesures de conductance planaire conjuguées à des mesures de la qualité de passivation de l’interface, des pistes pour optimiser les cellules à hétérojonction sont commentées. En particulier, il est montré qu’un optimum doit être trouvé entre une bonne passivation et une courbure de bande suffisante. Ceci peut être accompli par un réglage fin des propriétés de la couche tampon (épaisseur, dopage), du contact (travail de sortie élevé) et de l’émetteur (p)a-Si:H (densité de défauts et épaisseur). En particulier, un émetteur avec une DE importante conduit paradoxalement à de meilleures performances.Enfin, un nouveau type d’interface a été développé. La surface de c-Si a été oxydée volontairement dans de l’eau pure dé-ionisée à 80 °C avant le dépôt de (p)a-Si:H afin d’obtenir une structure (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si. A l’aide d’un modèle de courant par effet tunnel implémenté dans le logiciel de simulation numérique AFORS-HET, l’effet d’une couche à grande bande interdite (comme c’est le cas pour SiO2) sur les performances de cellules est étudié : le facteur de forme et le courant de court-circuit sont extrêmement réduits. En revanche, une couche de SiO2 n’a que peu d’impact sur les propriétés optiques de la structure. Expérimentalement, les échantillons réalisés montrent une qualité de passivation à mi-chemin entre le cas sans couche tampon et le cas avec (i)a-Si:H : ceci est expliqué par la présence d’une charge fixe négative dans l’oxyde. La courbure de bande dans c-Si est moins affectée par la présence d’une couche d’oxyde que d’une couche de (i)a-Si:H. Les cellules solaires réalisées démontrent que le concept a le potentiel d’aboutir à de hauts rendements : sur des structures non-optimisées, une tension de court-circuit supérieure à 650 mV a été démontrée, alors que l’oxyde ne semble pas limiter le transport de charge
Entwicklung, Charakterisierung und Modellierung von Grenzflächen für Silizium-Heteroübergang-Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden
No full textDie elektronische Qualität der Grenzfläche zwischen amorphem und kristallinem Silizium ist der entscheidende Baustein von amorph-kristallinen Wafer-Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden, die bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Drei Eigenschaften der Grenzfläche bestimmen die Energiewandeleffizienz der Silizium-Heteroübergang-Solarzellen: der Sprung (offset) in den Bandkanten a-Si:H und c-Si, Grenzflächen-Defekte und die Band- Verbiegung im c-Si. Diese drei Aspekte bilden den Schwerpunkt dieser Arbeit. Zunächst wird ein analytischesModell entwickelt, das die Band-Verbiegung in c-Si berechnet. Die Zustandsdichte-Verteilung (ZDV) in der a-Si:H Band-Lücke wird als konstant angenommen. Der Einfluss folgender Struktur-Eigenschaften auf die Bandverbiegung wird untersucht: Band- Verschiebung, ZDV im a-Si:H, Grenzflächen-Defekte, etc. Der Effekt des quantenmechanischen Confinements an der Grenzfläche wird diskutiert. Analytische Berechnungen werden mit temperaturabhängigenMessungen der planaren Leitfähigkeit verglichen. Hieraus lassen sich die Sprünge der Valenz- bzw. Leitungsband-Kanten mittels Untersuchungen an (p)a-Si:H/(n)c-Si bzw. (n)a-Si:H/(p)c-Si Strukturen bestimmen: Werte von 0.36 eV bzw. 0.15 eV wurden gemessen. Die Valenzband-Offset ist temperaturunabhängig, während der Leitungsband-Offset den Bandlücken-Variationen folgt. Es wird gefunden, dass der Ladungsneutralpunkt (branch point) in a-Si:H unabhängig von der Dotierung ist. Anschliessend wird das analytische Modell verbessert, um zwei Aspekte der Solarzellen-Struktur besser zu simulieren: den Kontakt mit einem transparenten leitfähigen Oxid und die Anwesenheit einer ultra-dünnen intrinsischen a-Si:H Pufferschicht.Messungen der planaren Leitfähigkeit werden durch Berechnungen der Bandverbiegung mit diesem verbessertenModell ausgewertet. Es wird gezeigt, dass einMittelweg zwischen einer guten Passivierung und einer hohen Band-Verbiegung gesucht werden muss. Das kann durch die Optimierung der Pufferschicht-Eigenschaften (Dicke, Dotierung), des leitfähigen Oxids (hohe Austrittsarbeit) und des (p)a-Si:H Emitters (Dicke und ZDV) bewerkstelligt werden. Insbesondere kann eine hohe Zustandsdichte im Emitter positiv für die Zellen sein. Schließlich wurde eine Präparationsmethode für ultradünne Tunneloxide entwickelt,die für Heteroübergang Solarzellen benutzt wurde. Die c-Si Oberfläche wurde in deionisierten 80 °C warmenWasser oxidiert und darauf mittels PECVD eine dotierte a-Si:H-Schicht deponiert: dadurch wird eine (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si Struktur hergestellt. Ein Tunnelstrom-Modell wurde entwickelt, in der Simulations-Software AFORS-HET implementiert und benutzt, um den Einfluss einer Grenzflächen-Barriere auf den Stromtransport in Solarzellen zu bestimmen. Für dicke und hohe Barrieren wird der Strom drastisch reduziert. Allerdings hat das Oxid keinen negativen Einfluss auf das optische Verhalten. Experimentell wird gefunden, dass oxidierte Proben eine bessere Passivierungs-Qualität zeigen als Proben ohne Pufferschicht. Dieser Befund wird durch eine höhere negative Festladung erklärt. In den oxidierten Proben ist die Band-Verbiegung höher als in Proben mit einer (i)a-Si:H Pufferschicht. Solarzellen wiesen nach, dass das neue Konzept das Potenzial hat, hohe Wirkungsgrade zu erreichen: bei unoptimierten Proben wurde eine Leerlauf-Spannung vonmehr als 650 mV gezeigt, der Füllfaktor der Zellen zeigt, dass das Oxid keine Barriere für den Ladungstransport bildet.The interface between amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si) is the building block of high efficiency solar cells based on low temperature fabrication processes. Three properties of the interface determine the performance of silicon heterojunction solar cells: band offsets between a-Si:H and c-Si, interface defects and band bending in c-Si. These three points are addressed in this thesis. First, an analytical model for the calculation of the band bending in c-Si is developed. It assumes a constant density of states (DOS) in the a-Si:H band gap. The influence of most parameters of the structure on the band bending is studied: band offsets, DOS in a-Si:H, interface defects, etc. The presence of quantum confinement at the interface is discussed. Analytical calculations and temperature dependent planar conductance measurements are compared such that the band offsets on both (p)a-Si:H/(n)c-Si and (n)a-Si:H/(p)c-Si can be estimated: the valence band offset amounts 0.36 eV while the conduction band offset is 0.15 eV. In addition, it is shown that the valence band offset is independent of temperature whereas the conduction band offset follows the evolutions of c-Si and a-Si:H band gaps with temperature. A discussion of these results in the frame of the branch point theory for band line-up leads to the conclusion that the branch point in a-Si:H is independent of the doping. Then, analytical calculations are developed further to take into account the real solar cell structure where the a-Si:H/c-Si structure is in contact with a transparent conductive oxide and an undoped buffer layer is present at the interface. Measurements of the planar conductance and of the interface passivation quality are interpreted in the light of analytical calculations and numerical simulations to open a way towards a method for the optimization of silicon heterojunction solar cells. It is particularly shown that a trade-off has to be found between a good passivation quality and a significant band bending. This can be realized by tuning the buffer layer properties(thickness, doping), the TCO-contact (high work function) and the emitter(defect density and thickness). Interestingly, an emitter with a high DOS leads to better cell performances. Finally, a new type of interface has been developed, that was not applied to heterojunction solar cells so far. The c-Si surface has been oxidized in deionized water at 80 °C before the (p)a-Si:H emitter deposition such that(p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si structures were obtained. A tunneling current model has been developed, implemented in the 1D numerical device simulator AFORS-HET and used to study the effect of a wide band gap interfacial layer (as it is the case for SiO2) on cell performance: the fill-factor and the short-circuit current are dramatically reduced for thick and high barriers. However, a SiO2 layer has only little impact on optical properties. Fabricated samples showa passivation quality halfway between samples with no buffer layer and with an (i)a-Si:H buffer layer: this is explained by the presence of a negative fixed charge in the oxide. The band bending in (n)c-Si is higher with an oxide layer than with an (i)a-Si:H buffer layer. Solar cells demonstrate that this new concept has the potential to achieve high power conversion efficiencies: for non-optimized structures, an open-circuit voltage higher than 650 mV has been demonstrated, while the oxide does not seem to create a barrier to charge transport
Development, characterization and modeling of interfaces for high efficiency silicon heterojunction solar cells
No full textDie elektronische Qualität der Grenzfläche zwischen amorphem und kristallinem Silizium ist der entscheidende Baustein von amorph kristallinen Wafer Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden, die bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Drei Eigenschaften der Grenzfläche bestimmen die Energiewandeleffizienz der Silizium Heteroübergang Solarzellen der Sprung offset in den Bandkanten a Si H und c Si, Grenzflächen Defekte und die Band Verbiegung im c Si. Diese drei Aspekte bilden den Schwerpunkt dieser Arbeit. Zunächst wird ein analytischesModell entwickelt, das die Band Verbiegung in c Si berechnet. Die Zustandsdichte Verteilung ZDV in der a Si H Band Lücke wird als konstant angenommen. Der Einfluss folgender Struktur Eigenschaften auf die Bandverbiegung wird untersucht Band Verschiebung, ZDV im a Si H, Grenzflächen Defekte, etc. Der Effekt des quantenmechanischen Confinements an der Grenzfläche wird diskutiert. Analytische Berechnungen werden mit temperaturabhängigenMessungen der planaren Leitfähigkeit verglichen. Hieraus lassen sich die Sprünge der Valenz bzw. Leitungsband Kanten mittels Untersuchungen an p a Si H n c Si bzw. n a Si H p c Si Strukturen bestimmen Werte von 0.36 eV bzw. 0.15 eV wurden gemessen. Die Valenzband Offset ist temperaturunabhängig, während der Leitungsband Offset den Bandlücken Variationen folgt. Es wird gefunden, dass der Ladungsneutralpunkt branch point in a Si H unabhängig von der Dotierung ist. Anschliessend wird das analytische Modell verbessert, um zwei Aspekte der Solarzellen Struktur besser zu simulieren den Kontakt mit einem transparenten leitfähigen Oxid und die Anwesenheit einer ultra dünnen intrinsischen a Si H Pufferschicht.Messungen der planaren Leitfähigkeit werden durch Berechnungen der Bandverbiegung mit diesem verbessertenModell ausgewertet. Es wird gezeigt, dass einMittelweg zwischen einer guten Passivierung und einer hohen Band Verbiegung gesucht werden muss. Das kann durch die Optimierung der Pufferschicht Eigenschaften Dicke, Dotierung , des leitfähigen Oxids hohe Austrittsarbeit und des p a Si H Emitters Dicke und ZDV bewerkstelligt werden. Insbesondere kann eine hohe Zustandsdichte imEmitter positiv für die Zellen sein. Schlie lich wurde eine Präparationsmethode für ultradünne Tunneloxide entwickelt,die für Heteroübergang Solarzellen benutzt wurde. Die c Si Oberfläche wurde in deionisierten 80 C warmenWasser oxidiert und darauf mittels PECVD eine dotierte a Si H Schicht deponiert dadurch wird eine p a Si H SiO2 n c Si Struktur hergestellt. Ein Tunnelstrom Modell wurde entwickelt, in der Simulations Software AFORS HET implementiert und benutzt, um den Einfluss einer Grenzflächen Barriere auf den Stromtransport in Solarzellen zu bestimmen. Für dicke und hohe Barrieren wird der Strom drastisch reduziert. Allerdings hat das Oxid keinen negativen Einfluss auf das optische Verhalten. Experimentell wird gefunden, dass oxidierte Proben eine bessere Passivierungs Qualität zeigen als Proben ohne Pufferschicht. Dieser Befund wird durch eine höhere negative Festladung erklärt. In den oxidierten Proben ist die Band Verbiegung höher als in Proben mit einer i a Si H Pufferschicht. Solarzellen wiesen nach, dass das neue Konzept das Potenzial hat, hohe Wirkungsgrade zu erreichen bei un optimierten Proben wurde eine Leerlauf Spannung vonmehr als 650 mV gezeigt, der Füllfaktor der Zellen zeigt, dass das Oxid keine Barriere für den Ladungstransport bilde
Influence of the undoped a-Si:H buffer layer on a-Si:H/c-Si heterojunctions from planar conductance and lifetime measurements
No full textInternational audienceIn highly efficient amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction (a-Si:H/c-Si) solar cells, the c-Si wafer is passivated by a nanometer-thin buffer layer, which is undoped amorphous silicon. Here, we report on the systematic measurement of the passivation quality (minority carrier effective lifetime) by photo-conductance decay and of the band bending in c-Si using the planar conductance technique. The thickness of the buffer layers is varied. An analytical model to calculate the band bending in c-Si is presented; it aids in understanding the influence of the buffer layer on the band bending. We find that when the buffer layer thickness increases the passivation quality increases and the band bending decreases. Therefore, we suggest that an optimum has to be found to reach good interface defect passivation and a high band bending
Development, characterization and modeling of interfaces for high efficiency silicon heterojunction solar cells
No full textL interface entre le silicium amorphe (a-Si:H) et le silicium cristallin (c-Si) est un constituent clés de cellules solaires à haut rendement reposant sur des procédés à basse température. Trois propriétés de l interface déterminent le rendement des cellules solaires à hétérojonction de silicium: les décalages de bandes entre a-Si:H et c-Si, les défauts d interface et la courbure de bande dans c-Si. Ces trois aspects sont traités dans ces travaux de thèse.Dans un premier un temps, un calcul analytique de la courbure de bande dans c-Si est développé. Il repose sur l approximation d une densité d état (DE) constante dans la bande interdite de a-Si:H. L influence des principaux paramètres de la structure sur la courbure de bande est étudiée : décalage de bande, densité d état dans a-Si:H, défaut d interface, etc. La présence d un effet de confinement quantique est discutée. Grâce à une comparaison entre ces calculs et des mesures de conductance planaire en fonction de la température sur des structures (p)a-Si:H/(n)c-Si et (n)a-Si:H/(p)c-Si, les décalages de bande de valence et de conduction ont pu être estimés à 0.36 eV et 0.15 eV respectivement. En outre, il est montré que le décalage de la bande de valence est indépendant de la température, alors que le décalage de la bande de conduction suit les évolutions des bandes interdites de c-Si et a-Si:H. Ces mesures tendent à prouver que le branch point dans a-Si:H est indépendant du dopage.Ensuite, les calculs analytiques sont approfondis pour prendre en compte différents aspects de la structure complète incorporée dans les cellules : contact avec un oxyde transparent conducteur, présence d une couche de a-Si:H non-dopée à l interface. A l aide de simulations numériques et à la lumière de mesures de conductance planaire conjuguées à des mesures de la qualité de passivation de l interface, des pistes pour optimiser les cellules à hétérojonction sont commentées. En particulier, il est montré qu un optimum doit être trouvé entre une bonne passivation et une courbure de bande suffisante. Ceci peut être accompli par un réglage fin des propriétés de la couche tampon (épaisseur, dopage), du contact (travail de sortie élevé) et de l émetteur (p)a-Si:H (densité de défauts et épaisseur). En particulier, un émetteur avec une DE importante conduit paradoxalement à de meilleures performances.Enfin, un nouveau type d interface a été développé. La surface de c-Si a été oxydée volontairement dans de l eau pure dé-ionisée à 80 C avant le dépôt de (p)a-Si:H afin d obtenir une structure (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si. A l aide d un modèle de courant par effet tunnel implémenté dans le logiciel de simulation numérique AFORS-HET, l effet d une couche à grande bande interdite (comme c est le cas pour SiO2) sur les performances de cellules est étudié : le facteur de forme et le courant de court-circuit sont extrêmement réduits. En revanche, une couche de SiO2 n a que peu d impact sur les propriétés optiques de la structure. Expérimentalement, les échantillons réalisés montrent une qualité de passivation à mi-chemin entre le cas sans couche tampon et le cas avec (i)a-Si:H : ceci est expliqué par la présence d une charge fixe négative dans l oxyde. La courbure de bande dans c-Si est moins affectée par la présence d une couche d oxyde que d une couche de (i)a-Si:H. Les cellules solaires réalisées démontrent que le concept a le potentiel d aboutir à de hauts rendements : sur des structures non-optimisées, une tension de court-circuit supérieure à 650 mV a été démontrée, alors que l oxyde ne semble pas limiter le transport de charge.The interface between amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si) is the building block of high efficiency solar cells based on low temperature fabrication processes. Three properties of the interface determine the performance of silicon heterojunction solar cells: band offsets between a-Si:H and c-Si, interface defects and band bending in c-Si. These three points are addressed in this thesis.First, an analytical model for the calculation of the band bending in c-Si is developed. It assumes a constant density of states (DOS) in the a-Si:H band gap. The influence of most parameters of the structure on the band bending is studied: band offsets, DOS in a-Si:H, interface defects, etc. The presence of quantum confinement at the interface is discussed. Analytical calculations and temperature dependent planar conductance measurements are compared such that the band offsets on both (p)a-Si:H/(n)c-Si and (n)a-Si:H/(p)c-Si can be estimated: the valence band offset amounts 0.36 eV while the conduction band offset is 0.15 eV. In addition, it is shown that the valence band offset is independent of temperature whereas the conduction band offset follows the evolutions of c-Si and a-Si:H band gaps with temperature. A discussion of these results in the frame of the branch point theory for band line-up leads to the conclusion that the branch point in a-Si:H is independent of the doping.Then, analytical calculations are developed further to take into account the real solar cell structure where the a-Si:H/c-Si structure is in contact with a transparent conductive oxide and an undoped buffer layer is present at the interface. Measurements of the planar conductance and of the interface passivation quality are interpreted in the light of analytical calculations and numerical simulations to open a way towards a method for the optimization of silicon heterojunction solar cells. It is particularly shown that a trade-off has to be found between a good passivation quality and a significant band bending. This can be realized by tuning the buffer layer properties (thickness, doping), the TCO-contact (high work function) and the emitter (defect density and thickness). Interestingly, an emitter with a high DOS leads to better cell performances.Finally, a new type of interface has been developed, that was not applied to heterojunction solar cells so far. The c-Si surface has been oxidized in deionized water at 80 C before the (p)a-Si:H emitter deposition such that (p)a-Si:H/SiO2/(n)c-Si structures were obtained. A tunneling current model has been developed, implemented in the 1D numerical device simulator AFORS-HET and used to study the effect of a wide band gap interfacial layer (as it is the case for SiO2) on cell performance: the fill-factor and the short-circuit current are dramatically reduced for thick and high barriers. However, a SiO2 layer has only little impact on optical properties. Fabricated samples show a passivation quality halfway between samples with no buffer layer and with an (i)a-Si:H buffer layer: this is explained by the presence of a negative fixed charge in the oxide. The band bending in (n)c-Si is higher with an oxide layer than with an (i)a-Si:H buffer layer. Solar cells demonstrate that this new concept has the potential to achieve high power conversion efficiencies: for non-optimized structures, an open-circuit voltage higher than 650 mV has been demonstrated, while the oxide does not seem to create a barrier to charge transport.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF
Influence of the amorphous/crystalline silicon heterostructure properties on planar conductance measurements
No full textInternational audienceWe report a quasi-analytical calculation describing the heterojunction between hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si) at equilibrium. It has been developed and used to determine the carrier sheet density in the strongly inverted layer at the a-Si:H/ c-Si interface. The model assumes an exponential band tail for the defect distribution in a-Si:H. The effects of the different parameters involved in the calculation are investigated in detail, such as the Fermi level position in a-Si:H, the density of states and the band offsets. The calculation was used to interpret temperature dependent planar conductance measurements carried out on (n) a-Si:H/ (p) c-Si and (p) a-Si:H/(n) c-Si structures, which allowed us to confirm a previous evaluation of the conduction band offset, ∆EC = 0.18 ± 0.05 eV, and to evaluate the valence band offset: ∆EV = 0.36 ± 0.05 eV at the a-Si:H/ c-Si heterojunction. The results are placed in the frame of recent publications
Silicon heterojunction solar cells: optimization of emitter and contact properties from analytical calculation and numerical simulation
No full textInternational audienceThe key constituent of silicon heterojunction solar cells, the amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction (a-Si:H/c-Si), offers a high open-circuit voltage (Voc) potential providing that both the interface defect passivation and the band bending in the c-Si absorber are sufficient. We detail here analytical calculations of the equilibrium band bending in c-Si (ψc-Si) in Transparent Conductive Oxide (TCO)/a-Si:H emitter/c-Si absorber structures. We studied the variation of some electronic parameters (density of states, work function) according to relevant experimental values. This study introduces a discussion on the optimization of the doped emitter layer in relation with the work function of the TCO. In particular, we argue on the advantage of having a highly defective (p)a-Si:H emitter layer that maximizes ψc-Si and reduces the influence of the TCO on Voc
Development and validation of a novel UPLC-ELSD method for the assessment of lipid composition of nanomedicine formulation
No full textLipid nanocarriers incorporating glycerides, polyethylene glycol (PEG)-stearates and phospholipids have attracted great attention for in vivo diagnostic, in vivo imaging, activated or non-activated targeted drug delivery. For quality control purposes, the development of appropriate methods for the quantification of their lipid components is needed. In the present study, we developed an analytical method for lipid quantification in formulated nanoparticles. PEG-stearates and glycerides were analyzed in a single run by RP-UPLC-ELSD using a two-step gradient elution program, while the analysis of phospholipids was accomplished by HILIC-UPLC-ELSD after isolation using an SPE silica column. Using both isolated compounds and commercial lipid standards, calibration curves were produced using second-order polynomials to attain the quantitative evaluation of each lipid excipient. Relative standard deviation of all analytes was between 0.9% and 5.3% for intra-day precision and recovery ranged from 83.5% to 112.2%. The presented method was successfully implemented to study the manufacturing process and stability of the formulated lipid excipients during long-term storage and accelerated conditions. The formulation lipid yield was determined and found equal to 82.5%
Understanding of the influence of localized surface defectivity properties on the performances of silicon heterojunction cells
No full textInternational audienceThe industrial fabrication process of silicon heterojunction (SHJ) solar cells can induce locally depassivated regions (so-called defectivity) because of transportation steps (contact with belts, trays, etc.) or simply the environment (presence of particles at the wafer surfaces before thin film deposition). This surface passivation spatial heterogeneity is gaining interest as it may hinder the SHJ efficiency improvements allowed by incremental process step optimizations. In this paper, an experimentally supported simulation study is conducted to understand how the local a-Si:H/c-Si interface depassivation loss impacts the overall cell performance. The defectivity-induced cell performance drop due to depassivated regions was attributed to a bias-dependent minority carrier current flow towards the depassivated region, which is shown to affect all current-voltage (I(V)) parameters, and in particular the fill factor. Simulation was used further in order to understand how the defectivity properties (spatial distribution, localization and size) impact the induced performance losses. In the light of all results, we propose ways to mitigate the defectivity influence on the cell performances
Understanding of the Influence of the Surface Defectivity on Silicon Heterojunction Cell Performance
No full textInternational audienceThe fabrication process of silicon heterojunction (SHJ) solar cells can induce locally depassivated regions (so-called defectivity) because of transportation steps (contact with belts, trays, etc) or simply the environment (presence of particles embedded within surface thin films). This surface passivation spatial heterogeneity is gaining interest as it may hinder the SHJ efficiency improvements allowed by incremental process steps optimizations. An experimentally-supported simulation study is proposed and applied on full size M2 SHJ cells in order to understand how the local a-Si:H/c-Si interface passivation loss impacts the overall cell performance. A simulation framework (developed on ATLAS Silvaco) was first validated through comparisons with experimental results. This step allowed then to use simulations results further to explore and understand the physics behind the defectivity-induced efficiency loss. The cell performance drop due to depassivated regions was attributed to a bias-dependent minority carrier recombination current flow towards the depassivated region, which is shown to affect mainly the Fill Factor
