Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 687-694 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002207068700

Thin film solar cells using impure polycrystalline silicon

M. Rodot¹, M. Barbe¹, J.E. Bouree¹, V. Perraki¹, G. Revel², R. Kishore², J.L. Pastol², R. Mertens³, M. Caymax³ et M. Eyckmans<sup>3

1</sup>  Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, 1, pl. A.-Briand, 92190 Meudon, France
²  Centre d'Etudes de Chimie Métallurgique, CNRS, 15, r. G.-Urbain, 94100 Vitry, France
³  IMEC, Kapeldreef 75, 3030 Leuven, Belgique

Abstract
Epitaxial solar cells have been studied with the view of using rather impure upgraded metallurgical grade (UMG)-Si as a substrate material. It is confirmed that transition elements have segregated during ingot growth and that impurities such as B, P, Al do not diffuse from substrate to epilayers, so that the latter have resistivity and electron diffusion length adequate to produce good solar cells. 10.3 % efficiency cells have been obtained. By spectral response measurements, interpreted through a simple model, it is shown that this efficiency is limited by both absorption and collection losses in the thin active epilayer. With the help of a brief economic analysis, this technique is compared to the other ones able to make use of cheap UMG-Si.

Résumé
On étudie les photopiles solaires épitaxiques dans le but d'utiliser comme matériau-substrat du Si métallurgique amélioré (UMG). On confirme que les éléments de transition ont ségrégé lors de la croissance du lingot et que B, P ou Al ne diffusent pas du substrat vers la couche épitaxique, qui a donc une qualité (résistivité ajustable, longueur de diffusion électronique élevée) adaptée à la production de bonnes photopiles. On a obtenu un rendement de photopile de 10,3 %. Des mesures de réponse spectrale, interprétées par un modèle simple, montrent que la combinaison des pertes à 1'absorption et à la collection dans la couche épitaxique mince est responsable de la limitation du rendement. On conclut par une brève analyse économique et une comparaison de cette technique avec les autres aptes à l'utilisation de Si-UMG bon marché.

PACS
6170R - Crystal impurities: general.
6475 - Solubility, segregation, and mixing.
7220F - Low field transport and mobility: piezoresistance semiconductors/insulators.
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
7280C - Electrical conductivity of elemental semiconductors.
8630J - Photoelectric conversion: solar cells and arrays.
2520C - Elemental semiconductors.
8420 - Solar cells and arrays.

Key words
carrier lifetime -- electrical conductivity of crystalline semiconductors and insulators -- elemental semiconductors -- segregation -- semiconductor epitaxial layers -- silicon -- solar cells -- semiconductor -- thin film solar cells -- impure polycrystalline material -- epitaxial cells -- absorption losses -- metallurgical grade -- substrate material -- transition elements -- impurities -- resistivity -- electron diffusion length -- spectral response measurements -- collection losses -- thin active epilayer -- economic analysis -- 10.3 percent -- Si:P -- Si:B -- Si:Al