Mesures de la durée de vie des porteurs, dans la base et l'émetteur de cellules solaires au silicium, à partir des photoréponses transitoires à une impulsion laser

Carrier lifetime measurements from the short-circuit photocurrent i(t) decay and both the decay and increase of open-circuit photovoltage v co(t) are studied by taking into account the conditions of the pulse excitation (duration, wavelength, intensity) and the solar cell properties (base width, back contact, emitter doping profile, p-n junction currents). The theoretical analysis and conditions of validity of the above measurement methods are compared with the experimental results obtained with N+ P cells of W = 350 and 450 μm base width submitted to laser pulses of 2 and 60 ns. When using penetrating 1.06 μm pulses, the i(t) decay gives the values and variations with carrier injection level of carrier bulk lifetime and/or effective lifetime in the cell base. The i*( t) response to strongly absorbed 0.53 μm pulse lead to the operative carrier lifetime in the cell emitter and show the influences that the doping profile may have. An approximated value of the latter lifetime may be deduced from the vco(t) increase whatever the pulse wavelength used. But injection conditions at the junction p-n and temporary trapping phenomena narrow the conditions for which the voltage v co(t) decay gives a measurement of the minority carrier lifetime in the cell base.Les possibilités des méthodes de mesure de durée de vie, reposant sur la décroissance des photocourants de court-circuit i(t) et à la fois sur la croissance et la décroissance des phototensions de circuit ouvert vco(t), sont étudiées en fonction des conditions d'excitation (durée, longueur d'onde, densité de porteurs excités) et des propriétés des cellules solaires (dimensions, nature des contacts, profil des dopages, courants à la jonction p-n). L'analyse des conditions de validité de ces méthodes est confrontée aux résultats expérimentaux obtenus avec des échantillons de type N+ P (d'épaisseur de base 350-450 μm) soumis à des impulsions laser de 2 à 60 ns de durée. L'étude montre que, pour λ = 1,06 μm, à la fois la durée de vie volumique et la durée de vie effective des porteurs minoritaires de la base, et leur évolution avec le niveau des porteurs, sont fournies par les réponses i(t). Pour λ = 0,53 μm, les réponses i*(t ) donnent accès à la durée de vie opérationnelle des porteurs minoritaires créés dans l'émetteur et montrent l'influence des profils de dopage sur cette durée de vie. Une valeur approchée de cette même durée de vie est également fournie par la croissance des signaux vco(t), quelle que soit la longueur d'onde λ utilisée. Les conditions d'injection au niveau de la jonction p-n et les phénomènes de piégeages temporaires limitent par contre les conditions sous lesquelles la décroissance des tensions transitoires peut donner la durée de vie des porteurs minoritaires dans la base