Des scientifiques français découvrent de nouvelles voies de dégradation UV dans les cellules solaires à hétérojonction

Des chercheurs du CEA-Liten ont identifié la migration de l’hydrogène dans les couches sélectives dopées comme le principal facteur de dégradation induite par les UV dans les cellules solaires à hétérojonction (HJT) au silicium. Ils ont également montré que des traitements combinant exposition lumineuse et thermique peuvent partiellement restaurer les performances et améliorer la stabilité UV à long terme.

janvier 23, 2026 Emiliano Bellini

Image : CEA INES

L’équipe du CEA-Liten, spécialisée dans les nouvelles technologies de l’énergie et les nanomatériaux, a étudié les mécanismes de dégradation induits par les UV (UVID) dans les cellules HJT et constaté que les traitements de type light soaking combinant activation thermique et lumineuse peuvent restaurer progressivement la conductivité des couches sélectives.

« La nouveauté de ce travail réside avant tout dans l’identification du mécanisme à l’origine d’un problème de stabilité UV affectant les couches sélectives avant des cellules HJT au silicium », a expliqué Hugo Lajoie, auteur correspondant de l’étude, à pv magazine. Les résultats ont été publiés dans l’article « Compréhension des mécanismes de dégradation induits par les UV dans les cellules solaires HJT et de leur réversibilité : rôle de l’hydrogène et du dopage » dans Progress in Photovoltaics.

En exposant des échantillons à des rayons UVA et UVB contrôlés, calibrés pour reproduire des doses UV réalistes au niveau module, tout en tenant compte des effets de filtrage optique du verre et des encapsulants, les chercheurs ont identifié les couches de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) comme les principales responsables de la sensibilité aux UV dans les cellules HJT.

« L’oxyde conducteur transparent (TCO) de l’avant contribue également à cette dégradation via la transmission UVB et sa teneur en hydrogène, mais les modifications des couches sélectives exercent un effet beaucoup plus important sur l’amplitude et la dynamique de la dégradation UV, confirmant leur rôle prépondérant dans le mécanisme de dégradation de l’empilement HJT, poursuit Hugo Lajoie. Les preuves expérimentales montrent que le flux de phosphine (PH₃) lors du dépôt par PECVD des couches sélectives régule fortement la sensibilité UV ».

Nouvelles voies de dégradation

Les chercheurs ont constaté que, après une exposition de 60 kWh/m² en UVA, les wafers HJT traités avec un fort flux de PH₃ dans la couche sélective amorphe n-type avant ont présenté une perte relative du temps de vie des porteurs de 63,3 %, contre seulement 9,5 % pour des couches non dopées, mesurés à un niveau d’injection de 10¹⁵ cm⁻³.

Selon l’équipe, ces résultats montrent que la dégradation UV dans les cellules HJT ne peut pas s’expliquer uniquement par la rupture des liaisons Si–Hₙ au niveau de l’interface a-Si:H/c-Si, traditionnellement considérée comme le principal mécanisme. Les photons UV peuvent dépasser l’énergie de dissociation des liaisons Si–Hₙ, mais la migration de l’hydrogène, fortement influencée par le niveau de dopage et la densité de porteurs libres, apparaît comme un facteur clé, conduisant à la formation de complexes électroniquement inactifs P–Si–H–Si dans la couche sélective avant.

« Ce mécanisme a été indirectement mis en évidence par une diminution de la conductivité électrique des couches sélectives dopées sous UV. Ces configurations de défauts métastables limitent fortement le temps de vie des porteurs via une perte de passivation par effet de champ », explique le scientifique. L’équipe a également montré que des traitements combinant activation thermique et lumineuse via le light soaking peuvent restaurer progressivement la conductivité des couches sélectives, par des reconfigurations de l’hydrogène activées par la lumière. Les analyses révèlent que l’hydrogène faiblement lié peut migrer entre les sites Si–H–Si, favorisant l’activation des dopants et une repassivation chimique partielle de l’interface a-Si:H/c-Si.

« Les mesures FTIR ont montré que le light soaking régénère spécifiquement les liaisons Si–Hₙ à mode de vibration élevé associées aux zones riches en vides, indiquant une réorganisation ciblée de l’hydrogène dans les régions sujettes aux défauts et une restauration de la passivation proche du niveau initial, souligne le chercheur. Néanmoins, nos résultats suggèrent l’existence d’un seuil dépendant de la dose photonique au-delà duquel les dommages UV deviennent de plus en plus irréversibles ».

« Ce travail met en évidence la nécessité d’un design avancé des couches sélectives multilayer et d’une optimisation du filtrage UV au niveau module HJT, conclut Hugo Lajoie. Un contrôle précis de l’hydrogène, de ses configurations de liaison et de l’activation des dopants offre une voie prometteuse pour améliorer la fiabilité UV sans compromettre la passivation et apparaît comme un levier clé pour renforcer la durabilité à long terme de la technologie HJT ».

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