FR2499316A1 - Perfectionnement a la realisation d'une cellule solaire en vue, notamment, de modeler l'epaisseur de sa couche active, et cellule ainsi obtenue - Google Patents

Abstract

PROCEDE DE REALISATION D'UNE CELLULE SOLAIRE DONT LA COUCHE ACTIVE 11 A UNE FORTE EPAISSEUR SOUS LES LAMELLES ELECTROCONDUCTRICES 111 ET UNE FAIBLE EPAISSEUR EN SES AUTRES REGIONS, COMME SUITE A UN DECAPAGE CHIMIQUE LOCALISE DE LA COUCHE. LE DECAPAGE A LIEU APRES FORMATION DESDITES LAMELLES, CELLES-CI SERVANT ALORS DE MASQUE PROTECTEUR POUR LES PARTIES DE COUCHE QU'ELLES SURPLOMBENT. APPLICATION AUX CELLULES SOLAIRES EN GENERAL.

Description

"PERFECTIONNEMENT A LA REALISATION D'UNE CELLULE SOLAIRE
EN VUE, NOTAdM.ENT, DE MODELER L'EPAISSEUR DE SA COUCHE
ACTIVE, ET CELLULE AINSI OBTENUE"
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une cellule solaire, construite à partir d'une plaquette plane en un matériau semiconducteur d'un premier type de conductivité, cette plaquette présentant notamment, du côté de sa face antérieure destinée à recevoir le rayonnement solaire, une couche superficielle ou couche active du deuxième type de conductivité à la base de laquelle est située la jonction motrice de la cellule et sur laquelle repose un réseau de lamelles électroconductrices formant une des électrodes de la cellule, ladite couche superficielle étant relativement plus épaisse sous lesdites lamelles qu'entre leurs intervalles, procédé suivant lequel ladite couche superficielle, créée initialement d'épaisseur uniforme, est ensuite attaquée chimiquement de manière à en réduire localement l'épaisseur.

L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, les cellules solaires du type dit "BSF" (de l'anglais "Back Surface Field") pourvues du coté de leur face postérieure -celle opposée à la face antérieure dé fi- nie ci-dessus- d'une autre couche superficielle du premier type de conductivité plus dopée que le matériau de la plaquette et dont la présence permet d'améliorer très sensiblement les performances des cellules.

Le rendement de conversion,puissance électrique délivrées puissance lumineuse incidente, d'une cellule solaire est d'autant plus élevé que sa couche active est moins absorbante pour le flux lumineux. Et il est bien connu que l'absorption lumineuse est d'autant plus faible que cette couche active est fine d'une part, et relativement peu dopée d'autre part.

Il faut éviter, en particulier, de conserver la "couche morte" à forte concentration de dopant, qui sied dans les lits avoisinant immédiatement la surface à partir de laquelle la couche active a été créée par un traitement de diffusion ; cette couche morte constitue, en effet, un piège à photons, surtout pour ceux de faible longueur d'onde,
Mais on sait, par ailleurs, combien il est difficile de réaliser un bon contact électrique entre les lamelles électroconductrices et la couche si celle-ci est très fine.

Surtout si, de plus, cette couche est moyennement dopée.

Un procédé de réalisation d'une cellule solaire qui permet de concilier les exigences antagonistes de finesse de la couche superficielle en ses plages actives et de plus forte épaisseur de cette couche aux endroits des contacts est exposé dans le brevet américain n0 4 029 518. Suivant le second mode de réalisation de la cellule correspondant à la structure selon la figure 3, et dans un premier temps, il a été constitué sur la face antérieure de la cellule une couche active d'une épaisseur uniforme, ceci par diffusion.

Ensuite, il a été procédé à un décapage localisé de la couche déposée à travers les ouvertures d'un masque reproduisant le dessin de l'électrode de contact. C'est seulement après ce décapage que l'électrode de contact en aluminium a été créée.

Le résultat recherché de l'obtention d'une couche active fine et débarrassée de sa "couche morte" aux endroits ou elle reçoit la lumière, ainsi que plus épaisse et fortement dopée en surface aux emplacements des contacts est, certes, atteint par la mise en oeuvre du procédé décrit. Mais la séquence opératoire de décapage a le désavantage de nécessiter une opération spéciale de masquage qui alourdit les temps et coût de fabrication de la cellule. De plus, lors de la création du réseau des lamelles de contact, il faut travailler sur une surface inégale en planéité, ce qui nuit à la régularité de la largeur des lamelles obtenues.

Le procédé selon#-la présente invention permet d'éviter les inconvénients du procédé précédemment décrit.

Selon l'invention, un procédé de réalisation d'une cellule solaire comportant un phase d'attaque chimique de la couche active telle que prévue dans le préambule est notamment remarquable en ce que ladite attaque chimique est mise en oeuvre postérieurement à la réalisation dudit réseau des lamelles électroconductrices, celles-ci constituant alors un masque de protection pour les parties de la couche superficielle qu'elles surplombent.

Un avantage du procédé selon l'invention apparalt immédiatement : ce procédé ne nécessite pas la formation d'un masque spécifique de décapage. En conséquence, l'opération d'amincissement de la couche active, devenue plus facile à mettre en oeuvre, devient très bénéfique eu égard au gain important qu'elle procure sur la qualité de la cellule, notamment sur le rendement de conversion.

D'autre part, le réseau des lamelles électroconductrices, établi sur une couche active initialement plane, présente toute la finesse et la précision géométrique nécessaires.

Ceci est très important car décaper la couche active pour en éliminer les parties les plus dopées entrain une augmentation de la résistivité moyenne de cette couche et oblige, par compensation, à resserrer en même temps qu't affiner le réseau des lamelles de contact. Aussi est-il préférable que celles-ci soient créées sur une surface plane plutôt que bosselée.

Selon une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, applicable à des cellules solaires au silicium dotees de lamelles électroconductrices comportant, superficiellement au moins, une couche d'argent, l'attaque chimique est conduite dans une solution de potasse (10 à 30% en volume) dans de l'eau, à une températùre comprise entre 80 et 1000 C.

Le procédé selon l'invention, dans le cas de la fabrication de cellules solaires au silicium pourvues d'une couche superficielle surdopée du premier type de conductivité (couche "BSF") sur leur face postérieure, présente un avantage additionnel. Il est, en effet, très difficile dans de telles cellules ,d'éviter que les diffusions de types de conductivité opposés effectuées sur chacune des faces de la plaquette n'interfèrent aux bords de cette plaquette et ne créent des jonctions parasites, ce qui entraine la naissance d'indésirables courants de fuites.L'attaque chimique prévue pour réduire l'épaisseur de la couche active de la cellule s'étend, par ailleurs, aux autres plages nues du matériau de la plaquette et, notamment, à l'endroIt des bords de cette plaquette, ce qui a pour résultat d'effacer les zones parasites d'interférence et d'abaisser très sensiblement les courants de fuites correspondants. La face postérieure de la plaquette et, par suite, la couche superficielle déposée à partir de ladite face sont protégées durant l'attaque par l'électrode à surface d'argent qui recouvre cette face postérieure et qui a été créée, comme la première électrode de la face antérieare, avant qu'ait lieu ladite attaque.

Dans le cas de cellules de cette catégorie réalisées en silicium, l'emploi de la solution de décapage à la potasse précédemment désignée s'est avéré particulièrement favorable.

On sait, en effet, que la vitesse de-décapage varie en fonction de l'orientation cristalline du plan attaqué. Si, comme il est fait habituellement pour les cellules solaires, les -faces des plaquettes sont parallèles à des plans < 111 > , la vitesse de décapage est relativement lente (~ 0,17 à 0,25 #m/mn)et, de ce fait, tout à fait convenable pour des épaisseurs à décaper de l'ordre de 0,5 pm comme c'est le cas presentement. Mais, par contre, sur les bords où l'orientation cristalline est différente et le matériau très disloqué, cette vitesse est nettement plus élevée et l'on est ainsi assuré d'obtenir un parfait nettoyage des zones d'interférence.

La description qui va suivre en regard des dessins an nexés permettra de préciser les caractères de l'invention.

Les figures 1, 2, 3 illustrent, à trois stades de sa construction et selon des vues en coupe, une cellule solaire réalisée dans le cadre d'un processus opératoire mettant à profit le procédé de l'invention.

La cellule solaire choisie pour exemple est une cellule du type BSF défini précédemment.

A un premier stade de la fabrication de cette cellule, qui correspond au dessin de la figure 1, une plaquette de silicium 10 d'un premier type de conductivité présente, du côté de sa face antérieure 10A destinée à récevoir le rayonnement solaire, une couche superficielle 11 du deuxième type de conductivité. Cette couche 11 sera la couche active de la cellule t à sa base est située la jonction motrice J.

La plaquette 10 présente, sur son autre face, ou face postérieure 10B, une seconde couche superficielle 12 du premier type de conductivité plus dopée que le matériau de ladite plaquette. Comme on sait, à la couche 12 est dévolu le double rible, d'une part de créer un champ électrique arrière permettant le renvoi vers la jonction J des porteurs minoritaires qui ont été engendrés en profondeur dans la plaquette et qui, en l'absence de cette couche 12, se recombineraient sur la face 10B, d'autre part de former la couche de contact pour l'électrode arrière de la cellule.

Les couches 11 et 12 ont été créées, comme il est classique de le faire pour les cellules solaires, par des diffusions simultanés ou successives de dopants appropriés, soit à partir de la phase gazeuse, soit à partir de dépôts d'oxydes dopés, soit encore par combinaison de ces deux techniques. Quelles que soient la ou les techniques employées, il n'est pratiquement pas possible d'empêcher que, sur la tranche de la plaquette, se forme une zone marginale où interfèrent les diffusions N et P ; cette zone parasite d'interférence 13 apparat en pointillé sur les figures 1 et 2.

A un stade ultérieur de sa fabrication correspondant à la représentation de la figure 2, la cellule a reçu ses électrodes. Sur la face antérieure 10A, au contact de la couche active 11, a été créé le réseau de lamelles électroconductrices 111. La face postérieure 10B a été recouverte, sur pratiquement la totalité de sa surface, c'est-a-dire à l'exclusion d'une étroite région de bordure 14, d'un dépôt électroconducteur 112 reposant sur la couche superficielle 12.

La cellule de la figure 2,quoique pourvue de tous ses éléments à l'exclusion d'une couche anti-reflet, ne peut cependant fonctionner correctement. Pour arriver à ce résultat, il faut encore éliminer la "couche morte" très dopée de la surface de la couche active 11, dans les espaces séparatifs des lamelles 111 ; il faut, en même temps, réduire l'épaisseur de la couche 11 ; il faut aussi faire disparaî- tre la zone parasite 13. Tout ceci est obtenu par application du procédé selon l'invention qui prévoit une attaque chimique mise en oeuvre postérieurement à la réalisation dudit réseau des lamelles électroconductrices 111, cellesci constituant alors un masque de protection pour les parties de la couche superficielle 11 qu'elles surplombent".

La cellule ayant subi le traitement chimique final est représentée sur la figure 3. D'une part, la couche 11 apparait creusée entre les lamelles 111 et à sa périphérie -la couche morte est maintenant éliminée-et réduite en épaisseur dans ces espaces par rapport à l'épaisseur initiale, celle encore présente sous lesdites lamelles 111. il est à noter que la couche morte subsiste sous les lamelles et que, par conséquent, les contacts établis sur des lits semiconducteurs très dopés sont de bonne qualité. D'autre part, la zone parasite 13 a été enlevée. Dans le cas présent d'une cellule de type "BSF", l'attaque chimique est prévue après dépose des deux électrodes 111 et 112, et le dépôt 112 fait ainsi office de masque protecteur pour la couche superficielle 12 qu'il protège ; cette couche 12 est seulement attaquée sur ses bords.

Après le traitement chimique et pour terminer la cellule il reste geulement à déposer la couche anti-reflet. Celleci n'est pas représentée sur la figure 3.

Un cas concret de mise en oeuvre du procédé selon 1 'in- vention concerne une cellule solaire au silicium. La pla quette est de type de conductivité P, dopée pour avoir une résistivité de 1 à 10 Qcm ; cette plaquette a été découpée parallèlement à un plan < 111 > du cristal d'origine. Les couches superficielles 11 et 12, respectivement de type N et P#+, ont été obtenues par diffusion simultanée à partir de la phase vapeur (phosphine) pour la couche 11 et à partir d'un dépôt de silice dopée à l'hydrure de bore pour la couche 12.

Pour obtenir une couche 12 assurant pleinement son rôle de réflecteur de photons, il faut conférer à cette couche une épaisseur d'au moins 0,5 pm et un niveau de dopage correspondant à une résistance carré de 50 R. Or, à conditions de température et de temps égales, la vitesse de diffusion du bore est inférieure à celle du phosphore. Aussi la couche 11, pour une épaisseur de 0,5 pm de la couche 14 atteint elle initialement 1,1 pm ; son dopage en surface correspond à une résistance carré de 12 Q. Une telle épaisseur de 1,1 pm est trop importante. Il faut la ramener à 0,5 pm.

On procède à l'élaboration des électrodes 111 et 112 qui sont faites-, de façon classique, d'une couche métallique triple composée successivement depuis sa base,de titane, de palladium, ces deux métaux sous la forme de très fines pellicules (~ 0,1 pm), puis d'argent en plus forte épaisseur (- 5 Vm).

C'est alors qu'il est procédé à l'immersion de la plaquette dans une solution de potasse (10 à 30% en volume) dans de l'eau, solution qui est maintenue à une température comprise entre 80 et 1000 C. La plaquette, en ses régions où le silicium est à nu, est attaquée; ceci à une vitesse moyenne comprise entre 0,17 et 0,25 #m/mn pour le silicium des faces 10A et 10B. Sur la tranche de la plaquette, la vitesse d'attaque est sensiblement plus élevée (0,5 à 1 pm/mn) , ce qui permet d'obtenir le décapage complet de la zone 13 durant les deux à trois minutes que dure le traitement. Par contre, l'argent demeure indemme ainsi que, pratiquement, les régions semiconductrices qu'il recouvre ; il se produit seulement une légère sous-gravure de ces régions.

Après le traitement d'attaque chimique, la couche 11, ramenée à l'épaisseur souhaitée de 0,5 pm, a une résistance carré moyenne comprise entre 80 et 100 Q.

Les cellules solaires obtenues par le procédé de l'invention sont remarquables par leur rendement de conversion, en moyenne de 14%, sensiblement supérieur à celui -11 à 12%des cellules au silicium de fabrication classique. Par ailleurs, ces cellules se distinguent par la valeur -élevée de leur facteur de forme (rapport

du produit VM 1M des valeurs de la tension et du courant pour une puissance fournie maximum, au produit VCO de la tension en circuit ouvert par le courant ICc de court-circuit), de l'ordre de 80%, comparé à celui, 708 environ, de cellules classiques. Cette amélioration du facteur de forme est liée notamment au très faible niveau des courants de fuite.

Le procédé selon l'invention est applicable aussi aux cellules solaires fabriquées à partir de plaquettes de silicium de type N dans lesquelles la couche active 11 est de type P+ et la couche réflectrice 12 est de type N+. Mais alors les conditions de décapage, le temps particulièrement, peuvent être différentes, car la couche active est comparativement plus mince que la couche réflectrice après le traitement commun de diffusion et n'y a-t-il besoin que d'éliminer la seule "couche morte".

Claims (3)

- REVENDICATIONS

1.- Procédé de réalisation d'une cellule solaire, construite à partir d'une plaquette plane (10) en un matériau semiconducteur d'un premier type de conductivité, cette plaquette présentant notamment, du côté de sa face antérieure (10A) destinée à recevoir le rayonnement solaire, une couche superficielle ou couche active (11) du deuxième type de conductivité à la base de laquelle est située la jonction motrice (J) de la cellule et sur laquelle repose un réseau de lamelles électroconductrices (111) formant une des électrodes de la cellule, ladite couche superficielle étant relativement plus épaisse sous lesdites lamelles qu' entre leurs intervalles, procédé suivant lequel ladite couche superficielle, créée initialement d'épaisseur uniforme, est ensuite attaquée chimiquement de manière à en réduire localement l'épaisseur, caractérisé en ce que ladite attaque chimique est mise en oeuvre postérieurement à la réalisation dudit réseau des lamelles électroconductrices (111), cellesci constituant alors un masque de protection pour les parties de la couche superficielle (11) qu'elles surplombent.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau semiconducteur de la plaquette étant du silicium et les lamelles électroconductrices comportant, superficiellement au moins, une couche d'argent, l'attaque chimique est conduite dans une solution de potasse (10 à 30% en volume) dans de l'eau à une température comprise entre 80 et 1000 C.

3.- Cellule solaire au silicium comportant, sur une première face, une couche superficielle ou couche active (11) sur laquelle repose un réseau de lamelles électroconductrices (111) faites, en surface au moins, d'argent, ladite couche superficielle présentant sous lesdites lamelles une plus grande épaisseur qu'en ses autres régions, caractérisée en ce qu'elle comporte une seconde couche superficielle (12) disposée sur sa deuxième face (lOB) opposée à la précédente et recouverte, sauf en bordure (14), d'une électrode (112) faite, en surface au moins, d'argent, laquelle couche superficielle (12) présente, sous ladite électrode (112), une plus grande épaisseur qu'en bordure (14), en résultat d'un traitement chimique imposé à cette couche suivant le procédé de la revendication 2, ladite électrode (112) servant alors de masque.