EP1766690A1 - Cellule solaire photovoltaique et module solaire - Google Patents

Cellule solaire photovoltaique et module solaire

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EP1766690A1
EP1766690A1 EP05790000A EP05790000A EP1766690A1 EP 1766690 A1 EP1766690 A1 EP 1766690A1 EP 05790000 A EP05790000 A EP 05790000A EP 05790000 A EP05790000 A EP 05790000A EP 1766690 A1 EP1766690 A1 EP 1766690A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
light
solar cell
cell according
electrode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05790000A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nils-Peter Harder
Paul Mogensen
Ulf Blieske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102004032810A external-priority patent/DE102004032810B4/de
Priority claimed from DE102004046554A external-priority patent/DE102004046554A1/de
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP1766690A1 publication Critical patent/EP1766690A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic solar cell comprising an upper electrode, a layer with dispersion properties and / or reflection of light, a lower electrode. Solar cells using this type of layer with dispersion and / or reflection properties being integrated in a solar module built from these cells.
  • solar module is meant here in particular an arrangement of several solar cells electrically connected in series with each other.
  • a known problem of photovoltaic solar cells is the deficient use of incident light.
  • the thicknesses of the functional layers that absorb light and convert it into electrical energy can be equal to or even lower at the wavelengths of the light incident in the air.
  • the layer thicknesses are partly lower than the average penetration depths of the incident light in the respectively functional absorbent layers. Under these boundary conditions, the energy contained in the incident light is still absorbed in all cases only insufficiently, under a direct irradiation (perpendicular). The yield or light utilization of these solar cells is therefore not sufficient, in the absence of other measures, to meet the current requirements and demands for efficient and economical electricity generation.
  • Conventional solar cells that is to say, manufactured with silicon wafers, or solar cells made of silicon for example with thicknesses greater than 1 to 2 micrometers, can be improved with a technique of light traps such as for example by structured surfaces and rear or lower faces reflecting the light well. , to use the incident light as well as possible to produce current.
  • slab By slab is meant thin slices of crystalline silicon, which are useful as basic substrates for the manufacture of solar cells.
  • solar cells thin-film
  • a transparent top electrode which must allow incident light to pass through
  • an absorptive layer that absorbs light and converts it into electrical energy
  • a second lower electrode the most of the time metal
  • an electrode is said to be “superior” as opposed to a so-called “lower” electrode, when the "upper” electrode is as close as possible to the substrate traversed first by light rays.
  • solar cells in silicon wafers they are inherently self-supporting, and are equipped with grid electrodes (for example printed) on the light incident face. They are, however, most of the time also assembled to substrates of great extent, for the intended use, for example inserted between two panes of glass.
  • thin-film solar cells are built on rigid or flexible substrates. Their electrodes are mostly continuous flat electrodes. If necessary, there is still a mechanical overlap at the back; sometimes the solar cells are housed for example in insulating glass units.
  • the substrate is called a "superstrate" when, in the solar module mounting position, it is turned towards the sun, and is therefore between the sun and the absorbent layers.
  • a superstrate must therefore be transparent, and the succession of deposited layers is generally, in the case of a superstrate, (i) upper electrode, ( ⁇ ) semiconductor (absorbent), (i ⁇ ) lower electrode.
  • a "true” substrate can - unlike the superstrate - be opaque and the succession of deposited layers is in general - starting from the substrate - (i) lower electrode, ( ⁇ ) semiconductor (absorbent), (i ⁇ ) upper electrode.
  • the flat electrodes may in turn be composed of several layers.
  • the lower electrode may comprise a TCO sandwich ("transparent conductive oxide", for example ZnOrAl, ITO, SnO2) and a metal such as silver or aluminum;
  • the upper electrode may comprise a metal layer housed between dielectric antireflection layers and / or consist also of TCO.
  • Solution approaches for improving the utilization of light in solar cells consist on the one hand to reduce the reflection of light on the outer surface.
  • the above-mentioned microstructures can also refract the light and introduce it into flat or even diffuse angles into the absorbent layers.
  • Another known measure is to produce the transparent top electrodes of the solar cells (which are directly followed by the absorbing layers) voluntarily with a rough surface, such as light is dispersed as it passes the electrode layer in the absorbent layer.
  • the degree of light utilization can also be improved by retroreflecting the amount of light that has passed through the absorbent layer (partially transparent because of its small thickness).
  • the metal electrodes and not transparent, which is usually available on the face of solar cells located opposite the incident light.
  • the current produced by thin-film solar cells is still lower than that produced by relatively thick silicon wafer solar cells.
  • the particularly low currents provided by the thin-film (cheaper) solar cells make it possible to conclude that there still exists a potential for improvement.
  • the presence of rough surfaces in solar cells is always a compromise between optical optimization for light and optimization of the purely electrical properties of the solar cell.
  • WO 01/90 787 A1 discloses a thin light dispersing coating which is well suited for homogeneously dispersing light emitted from a light source.
  • the coating consists essentially of particles bound with a mineral or organic binder, with a diameter of between 0.3 and 2 microns, the binder representing a volume fraction of 10 to 40% of the coating.
  • the coating has a contrast attenuation of more than 40%. It can have a light transmission of more than 45 or even 60%, especially when the particles themselves are composed of semi-transparent (mineral) materials.
  • the refractive index of the light of the particles is preferably greater than that of the binder.
  • the light scattering layer is preferably deposited with a thickness of between 1 and 20 ⁇ m and by a suitable method on the surface of the substrate, for example by screen printing, immersion, trickling, spraying. It is by nature not conductive of electricity, or bad conductor (high ohmic resistance). However, it disperses the incident light in a uniform manner such that the intensity of the scattered light for each viewing angle is proportional to the projection surface. With dispersant additives, particle agglomerations can be maintained within limits, which could lead to undesirable transmission disturbances in the layer.
  • EP 688 818 B1 discloses preparations from particles and binders, which are also suitable for light scattering applications, for example in light emitting diodes.
  • WO 2004/005978 A1 discloses an application of light scattering layers of the aforementioned type, in combination with an electromagnetic radiation insulation or attenuation layer, with a relatively high surface resistance of more than 100 ⁇ / unit square.
  • This layer may again contain or consist of a TCO, the light scattering layer being first deposited on a substrate, and then on the latter the electromagnetic insulation layer.
  • the context of such a combination is the application of the light scattering layer in rear-illuminated liquid crystal displays in which the electromagnetic isolation must counteract the disturbing influences of the light source behind the substrate on the liquid crystal.
  • the problem underlying the invention is to improve the dispersion of light in cells or photovoltaic solar modules independently of a roughness of the surface. According to the invention, this problem is solved by the use of at least one layer with light scattering or reflection properties, in particular a layer composed of light reflecting particles bonded with a mineral or organic binder, succeeds at least one of the electrodes in the ray path of the incident light.
  • absorbing layers are not only those that are crystalline or amorphous silicon, but also absorbents or absorbent layers in silicon wafers, and in addition thin films with photovoltaic action such as CIS, CdTe and comparable materials.
  • the dispersion layer and / or reflection of the light is combined with the rear electrode or lower reflective located opposite the incident face of the light.
  • light scattering layer is meant here also a layer which also reflects light in addition to its scattering effect.
  • the light scattering layer when it has a high light transmission, can be arranged between the substrate and the upper electrode, between the upper electrode and the absorbent layer, or also in front of the upper electrode, or also between at least two layers of the upper electrode, when the latter consists of several transparent partial layers (for example dielectric, metal layer, dielectric), insofar as the different materials of the layers are compatible with each other and good adhesion can be guaranteed.
  • transparent partial layers for example dielectric, metal layer, dielectric
  • the combination of the lower electrode located opposite the incident face of the light with this light scattering layer is preferred.
  • the incident light passes through at least part of the absorbent layer, which is also the case with the wafer absorbents and becomes increasingly important for the thinner wafers.
  • the light passes through the absorbent layer (in part) when the thickness of material thereof perpendicular to the incidence of light is less than the absorption length of light for a wavelength above the band edge of the semiconductor forming the absorbent layer or contained therein.
  • the light scattering layer is arranged between a transparent layer (TCO) of the lower electrode, connected to the absorbent layer, and the final metal electrode layer.
  • TCO transparent layer
  • the light scattering layer contains, in a manner known per se, particles and binders.
  • the particles are transparent or semitransparent, to maintain as high a light transmission as possible in the light scattering layer. They may in particular be mineral particles such as oxides, nitrides or carbides.
  • metal oxides such as silicon, aluminum, zirconium, titanium and cerium are used for the manufacture of the particles.
  • the particles may also consist of mixtures of at least two of these oxides.
  • Such particles can be obtained by any manufacturing process known to those skilled in the art. They preferably have a particle size distribution, in which at least 50% of the particles do not differ by more than 50% from the average grain size, and so they are relatively homogeneous.
  • the binder must have a stability at the sufficient temperature, to be able to withstand without damage the very high temperatures prevailing in the solar cells in case of strong solar radiation.
  • a mineral binder can be of interest, for example of potassium, sodium or lithium silicate, or aluminum phosphate type.
  • the light scattering layer is not exposed to external influences
  • an organic binder that is sufficiently temperature-stable, for example of the vinyl-polyalcohol polymer type, thermosetting resins or acrylates.
  • the substrate on the light incident face with a structure or surface coating dispersing the light and / or a coating or a decreasing surface structure. the reflection of the incident light.
  • Suitable glasses have been manufactured for several years by the applicant for solar applications and are available on the market under the trademark "ALBARINO®".
  • the layer structure can be produced with the refraction layer of light first over the entire surface of the module, and then subdivided in the usual way into individual solar cells.
  • it relates to the use of solar cells in silicon wafers for which, as a general rule, a TCO layer on the rear or lower electrode is used. In this case, the contact between the substrate (which can act as an absorber) and the metal layer is established directly.
  • the contact surface between the semiconductor and the metal has a very high recombination activity, that is to say that the minority charge carriers Electron-"hole” pairs produced in silicon by the incidence of light for current production "disappear" at the metal-semiconductor interface with a high probability ("surface recombination").
  • This effect is even more marked than the silicon wafer, respectively the absorber or the substrate is thinner.
  • the open-circuit voltage (open circuit voltage) of the solar cell decreases undesirably, and also the current (short circuit) produced by the light.
  • the contact between the absorber and the metal layer is therefore reduced to the minimum necessary for current conduction (for example in the so-called contact-point solar cells, with PERL structure, with PERC structure, Polka dot structure, etc.).
  • the efficiency of solar cells is improved by depositing a so-called "passivation" layer (most often a coating of silicon oxide or silicon nitride) between the wafer and the metal electrode layer, which is interrupted at places or points for a desired contact with the metal. This can be achieved by local masking prior to layer deposition or also by subsequent local removal (photolithographic patterning or laser removal) of the complete first layer.
  • passivation layer most often a coating of silicon oxide or silicon nitride
  • Another possibility of suppressing a layer patterning is to use metals, particularly aluminum, as part of the metal layer of the back or bottom electrode, which pass through the passivation layer (silicon oxide) in the form of needles only in a few places by appropriate process control (eg heat treatment).
  • the semiconductor (silicon) is only contacted in these places.
  • the metal of the rear or lower electrode itself can produce doping in the semiconductor by simple electrical contact, n-type doping or p-type depending on the metal.
  • n-doped aluminum In the following, the behavior of p-doped aluminum is discussed, although analogous conditions apply to n-doped metals. If the aluminum abuts on a p-type material when crossing the passivation layer (and suppose only on the surface), it can then appear locally p-type doping due to aluminum and thus locally a "field of back surface field (BSF) can be produced in the semiconductor interface with the contact of aluminum. If aluminum abuts on an n-type material when crossing the passivation layer (and suppose only on the surface), the n-type doping can here be overcompensated locally. This results in two fundamental possibilities.
  • BSF back surface field
  • local pn transitions can be formed to an n-type semiconductor, where a locally limited channel of p-type doping material is formed which provides a direct link through an n-doped surface. of type p between aluminum and the p-doped semiconductor body.
  • WO 01/86732 A1 discloses a method for making a contact respectively an electrode on a semiconductor surface. First, a crystalline silicon surface is oxidized, to then deposit an aluminum layer as the back or bottom electrode on the (non-conductive) oxide layer. Then, an amorphous silicon layer is deposited on the aluminum layer. By heating this structure to temperatures below the eutectic temperature of aluminum and silicon, the oxide layer is locally reduced in places where its quality or density is lower.
  • the Si semiconductor is too strongly recombined at the interface with the Al layer due to the intermediate (and only partially traversed) oxide layer (hence the open circuit voltage of the cell increases), but at the same time sufficient electrical contact is guaranteed for the current draw between the wafer and the rear or bottom electrode, through almost punctual holes or through tunnels through the
  • Solution approaches for improving the utilization of light in solar cells consist on the one hand to reduce the reflection of light on the outer surface.
  • the aforementioned microstructures can also refract the light and introduce it into the absorber layers at flat or even diffuse angles.
  • the light that has passed through the absorber must also be reflected on the backside.
  • the metal electrodes which are usually available on the flat face of solar cells located opposite the incidence of light.
  • a significant improvement in the use of light in silicon wafer photovoltaic cells is achieved by providing a dispersion and / or light reflection layer of the type discussed above between the absorber and the back electrode or lower.
  • the light scattering layer is combined with the reflective back electrode located opposite the incident face of the light.
  • light scattering layer is meant here also a layer which also reflects light in addition to its scattering effect.
  • the amount of light that still reaches the light scattering layer after passing through the absorber is either directly reflected by it or by the metal layer behind it and subjected in this case each time to a diffuse dispersion, before returning back into the absorber.
  • the degree of porosity of the light scattering layer is adjustable within wide limits using process parameters during deposit. It has been verified experimentally that the effective electrical transition resistance of a metal layer to another material via this intermediate layer of light scattering is negligible. Therefore, it is already possible to obtain sufficiently good electrical contact of the deposited metal with the absorber through the light-scattering layer, already during the deposition of the rear or lower metallic electrode on the light-scattering layer ( and produced with some porosity).
  • Phosphorus diffusion is one of several possible process steps for the manufacture of emitters on the light incidence face, respectively on the front electrode of the wafer solar cell.
  • the light scattering layer and on it, the metal layer in particular an aluminum layer, is arranged, in accordance with the invention, on the rear face of an N-doped silicon wafer. with phosphorus possibly around or on its back surface.
  • the metal layer in particular an aluminum layer
  • the metal passes locally in some places the partially porous layer of dispersion of the light and thus creates a contact with the semiconductor.
  • the aluminum diffuses into the surface of the silicon wafer and thus obtains the contact effects described above (including the crossing of a passivation layer that may be present in addition to the dispersion layer of the light).
  • the interface between the absorber and the light scattering layer results in a point-by-point contact which can be adjusted by the deposition parameters.
  • the insulation / surface passivation between the absorber and the metal or rear electrode is preserved by the light scattering layer.
  • Special measures Photolithography, laser, masking
  • passivation layers for example SiC> 2
  • separate process steps can be dispensed with to interrupt the passivation layer, because by the application of a treatment
  • the metal passes through the passivation layer and comes into contact with the silicon layer via the aluminum doped point regions.
  • the density of the contact points must be controlled according to the quality of the passivation oxide, according to the document WO 01/86732 Al already cited.
  • the adjustable porosity of the light scattering layer between the metal layer and the silicon wafer a possibility independent of the quality of the oxide to control the contact surface (number of points of contact).
  • the quality of the oxide can therefore only be optimized in the context of the quality of the passivation of the surface.
  • the invention exploits the light-scattering properties of the partially porous layer between the metal and the silicon wafer, the absorption of the incident light and consequently the amount of current produced being stimulated by elongations. lengths of optical path and light trap effects.
  • p-type silicon wafers are used as a raw material.
  • diffusion of phosphorus one produces (at least) on the front face of the slab a n-type surface (as emitter).
  • Phosphorus diffusion generally acts on both sides of the slab, because the back side is not masked.
  • n-type surface doping of the rear face it is possible to use, in a similar manner, a passivation layer, for example made of SiO x , traversed only occasionally by the aluminum. This is also true for p-type surface doping which is strongly applied over the entire surface, which by nature already produces a certain layer of passivation by the formation of the "back surface field" already mentioned, but which is clearly better in quality. when the contact with the metal is limited to small areas.
  • a natural extension of the invention is the fact that it is also applicable to more expensive solar cell structures, which include both p-type and n-type regions on the back side, and which are then trimmed for example comb contacts indented into each other.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a solar cell, in which a light scattering layer is housed between two layers of the lower electrode;
  • Fig. 2 illustrates a first embodiment of a solar cell in enlarged detail
  • Fig. 3 illustrates a second embodiment similar to FIG. 2, in which however the surface roughness of the flat electrodes has been reduced.
  • Fig. 4 is a schematic partial sectional view of a silicon wafer solar cell in which a light scattering layer is housed between the n-doped absorber at the surface and the rear or lower electrode;
  • Fig. 5 is a schematic partial sectional view of a silicon wafer solar cell in which a light scattering layer is housed between a passivation layer and the back or bottom electrode;
  • FIG. 6 shows an enlarged detail view similar to FIG. 5, in which the refraction of a light beam between the rear electrode and the absorber has been indicated.
  • Figures 7 and 8 are SEM photographs of the absorbent layer used in the embodiments of the invention.
  • the solar cell 1 comprises, in the principle structure, a substrate 2 (made of glass or plastic), an upper or flat transparent electrode 3 deposited on it, in an electrically conductive oxide or in another suitable material or layer system (shown for simplicity as a homogeneous single layer), an absorbent layer (4) of a photovoltaic material such as amorphous or polycrystalline silicon, optionally also a thin layer such as CIS or CdTe, a lower electrode 5 in a transparent TCO layer 5.1 and a metal layer 5.2. Between the layers 5.1 and 5.2 is housed a layer 5.3 of light scattering.
  • the faces of the TCO layers 3 and 5.1 respectively facing the absorbent layer are preferably relatively rough, so that they disperse the light passing through them (see Fig. 2).
  • the intermediate layer 6 serves for adhesive bonding on the surface of the solar cell 1 with its substrate to the cover 7. It is known to realize these intermediate layers in a casting resin or thermoplastic sheets, which naturally must each time be physically and chemically compatible with the layers of the solar cell.
  • the intermediate layer 6 is sealed with an edge trim 8. The edge trim firmly adheres to the two rigid panes 2 (substrate) and 7 (cover).
  • These two can be glass, possibly prestressed, or plastic, for example polycarbonate; if necessary, one can use a window - preferably the transparent substrate 2 - glass and the other plastic.
  • the intermediate layer 6 is regularly substantially thicker than the functional layers respectively of electrode 3 to 5. Therefore, it has been indicated with a double dashed line that part of the thickness of the intermediate layer 6 has been omitted.
  • the metal layer 5.2 of the lower electrode 5 can again, as indicated, be thicker than the other functional layers.
  • FIG. 2 illustrates the operating principle of the arrangement of layers of the solar cell 1. Parts identical to those of FIG. 1 are designated by the same numerical references as in this one.
  • the substrate 2 with the upper electrode 3 deposited thereon shown to simplify as a homogeneous layer.
  • the surface thereof opposite the substrate and facing the absorbent layer has been voluntarily formed relatively rough
  • the TCO electrode layer 5.1 succeeds the absorbent layer 4, being also produced with a certain surface roughness, then the light dispersion layer 5.3 and finally the metal layer 5.2.
  • a light beam L falling vertically downwards through the substrate 2 and the upper transparent electrode 3 in the solar cell 1 is first refracted (dissociated) on the (unequal) interface between the upper electrode 3 and the layer absorbent 4 and thus already dispersed in the latter.
  • the unabsorbed part of the light falls on the rough surface of the layer 5.1 and is also partially dispersed, and partly reflected - depending on the angle of incidence.
  • the parts that passed through then arrive in the light scattering layer 5.3 and are further refracted / dispersed, and reflected by the metal layer 5.2 in the layer 5.3 and again refracted / dispersed therewith.
  • the single incident light ray L is thus divided into a multitude of ray paths, all of which extend over a greater or lesser length through the absorbent layer 4 and thus significantly increase the degree of utilization of the light. It should also be emphasized that the very representation of light rays only serves to illustrate the action of the light scattering layer and reproduces only in a very limited way the actual phenomena of refraction and reflection.
  • Figure 2 is part of a type of solar cell or layer structure made rather conventionally with rough surfaces of the electrodes, to represent the invention
  • Figure 3 shows a variation. It can be seen that the upper electrode 3 and also the TCO layer 5.1 of the lower electrode now have smooth surfaces (at least from a macroscopic point of view). Consequently, they do not refract the light ray L or in any case less strongly than their equivalents of FIG. 2.
  • the ray L is refracted and substantially divided, which propagates further after the reflection on the metal layer 5.2.
  • it results in a better use of light mainly in the absorbent layer 4, which is also accompanied by an improvement of the electrical properties in the transition zone (interface) between the absorbent layer 4 and the electrodes.
  • a solar cell 10 comprises, in the principle structure, an absorber 20 in the form of a silicon wafer, the surface of which has received surface doping n by appropriate treatment, for example by phosphorus diffusion.
  • This doping decreasing from the surface towards the inside of the wafer / absorber, is represented in a very simplified manner by two lines 30 dashed along the outer edges of the absorber 20. The doping must not be present also on the lateral surface , contrary to the representation.
  • n-type doped wafer surface has generally not been represented on a p-type silicon wafer and provided with a front electrode or an "emitter" respectively.
  • a light-scattering layer 40 has been deposited, on which a metal back or lower electrode 50 has again been deposited.
  • the rear or bottom electrode is preferably made of aluminum or contains this metal, which is particularly recommended for the present case of application because of its good doping properties with silicon and its ability to pass through a passivation layer surface, for example silicon oxide.
  • an adhesive or intermediate layer 60 and a support plate 70 have also been indicated below the rear or lower electrode 50. The latter can be used, in a manner known per se, for mounting a module solar array consisting of a plurality of solar cells 10 electrically connected in parallel and / or in series.
  • the adhesive layer can be prepared with a casting resin or with thermoplastic films, which must naturally be physically and chemically compatible with the neighboring components of the solar cells. If necessary, it will naturally also be provided, on the light incident face of the solar cells, a covering whose transmission of light should be as high as possible.
  • the light scattering layer 40 acts here as a flat insulator between the absorber 20 and the rear or lower electrode 50.
  • the latter must therefore, in a manner known per se, be in conductive electrical connection with the absorber 20, at least punctually.
  • punctually it should be understood here that a contact extending over the entire surface of the electrode and the wafer is formed by a plurality of individually small surfaces.
  • Punctual also includes structures, which appear punctual only in cross section, such as linear contact areas. These areas are indicated by a set of 5C projections (or “peaks") of the back or bottom electrode layer 50, which extend through the light refraction layer 40 and have a desired porosity into the body. of the absorber 20, these crossing in some cases also existing areas of n-type doping of the wafer.
  • the variant shown in FIG. 5 comprises a passivation layer 80 in the form of a discrete light-permeable layer between the absorber 20 and the light-scattering layer
  • the layer 80 may be combined with n-type or p-type surface doping (lines 30) of the wafer according to FIG. 4, or replace it. It is preferably made of SiO x or SiN x or it contains these silicon compounds.
  • the thicknesses of the various layers can not be scaled here.
  • FIG. 6 further illustrates the operating principle of the layer structure of the solar cell 10, according to the invention. Components identical to those of FIG. 4 have the same numerical markers. We see the cake again
  • the part not yet absorbed and not reflected at the aforementioned interface of the light beam falls on the surface of the light scattering layer 40 and is also partially dispersed, and also partially reflected - depending on the angle of incidence and the microscopic position.
  • the amount of light reflected on the layer 40 has not been represented for simplicity.
  • the parts that have passed through undergo multiple reflections and are thus either backscattered into the silicon wafer or they then come into the interface towards the metal layer 50, which reflects them back into the light scattering layer 40. Since the light scattering layer 40 does not absorb or only very little light, these parts of the light are again returned to the absorber 20 of the solar cell 10.
  • the individual light beam L is divided into a multitude of ray paths, all of which extend over a greater or lesser length in the absorber 20 and thus greatly increase the degree of light utilization.
  • the very representation of light rays serves only to explain the effect of the light scattering layer and that it reproduces only very limited the real phenomena of refraction and reflection.
  • the layer (4, 40) having scattering and / or reflecting properties of light and used for its properties promoting the diffusion and reflection of light is in more porous.
  • the inventors Due to this open porosity, the inventors have been able to demonstrate that the interstices inside the porous network allow the establishment of electrical contact within this layer, although the material constituting it is inherently electrically non-conductive and n has not undergone post-treatment (laser treatment, etching, etc.). Under preferred conditions for obtaining this layer (choice of particle size, binder, particles), the porous network then has optimum characteristics for establishing an electrical contact with adjacent layers (conductive layers, and or a doped substrate). According to another aspect of the invention, it is intended to use a diffusing and / or light reflecting layer consisting of agglomerated particles in a binder, the particles having a mean diameter of between 0.3 and 2 microns.
  • the binder in that the binder is in a proportion of between 10 and 40% by volume, the particles form aggregates whose size is between 0.5 and 20 microns, and preferably less than 5 microns, the layer having an attenuation of contrast greater than 40%, for photovoltaic solar cells, this layer having a certain porosity and being disposed between an electrode layer and the absorbent layer or between two partial electrode layers, and the electrical contacts between the conductive layers of the two sides of the light scattering layer being made through the porosity of the latter.

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Abstract

Cellule solaire photovoltaïque (1) comprenant une électrode supérieure (3), une couche avec des propriétés de dispersion et/ou de réflexion de la lumière (4), une électrode inférieure (5), caractérisée en ce que ladite couche (4) est située entre l'électrode supérieure (3) et l'électrode inférieure (5).

Description

Cellule solaire photovoltaïque et module solaire
L'invention concerne une cellule solaire photovoltaïque comprenant une électrode supérieure, une couche avec des propriétés de dispersion et/ou de réflexion de la lumière, une électrode inférieure. Les cellules solaires utilisant ce type de couche à propriétés de dispersion et/ou de réflexion étant intégrées dans un module solaire bâti à partir de ces cellules .
Par module solaire, on entend ici en particulier un agencement de plusieurs cellules solaires reliées électriquement en série les unes aux autres.
Un problème connu des cellules solaires photovoltaïques est l'utilisation déficiente de la lumière incidente. Surtout dans les cellules solaires modernes à couches minces (par exemple dans lesquelles la couche absorbante est composée de silicium cristallin ou amorphe ou en contient) , les épaisseurs des couches fonctionnelles qui absorbent la lumière et la convertissent en énergie électrique peuvent être égales ou même inférieures aux longueurs d'onde de la lumière incidente dans l'air. En particulier, les épaisseurs de couches sont en partie inférieures aux profondeurs de pénétration moyennes de la lumière incidente dans les couches absorbantes respectivement fonctionnelles. Sous ces conditions limites, l'énergie contenue dans la lumière incidente n'est encore absorbée dans tous les cas que de manière insuffisante, sous une irradiation directe (perpendiculaire) . Le rendement respectivement l'utilisation de la lumière de ces cellules solaires ne suffit dès lors pas, en l'absence d'autres mesures, pour répondre aux exigences et aux demandes actuelles d'une production d'électricité efficace et économique.
De même des cellules solaires conventionnelles, c'est-à-dire fabriquées avec des galettes de silicium, respectivement des cellules solaires fabriquées en silicium par exemple avec des épaisseurs supérieures à 1 à 2 micromètres, peuvent être améliorées avec une technique de pièges à lumière comme par exemple par des surfaces structurées et des faces arrière ou inférieure réfléchissant bien la lumière, pour utiliser la lumière incidente aussi bien que possible pour produire du courant.
Par galette, on désigne de minces tranches de silicium cristallin, qui sont utilisables comme substrats de base pour la fabrication de cellules solaires .
En général, les cellules solaires (à couches minces) comportent plusieurs couches, à savoir une électrode supérieure transparente, qui doit laisser passer la lumière incidente, une couche absorbante qui absorbe la lumière et la convertit en énergie électrique et une deuxième électrode inférieure (la plupart du temps métallique) , qui ne doit pas être transparente et peut dès lors être relativement épaisse - avec une très faible résistance de surface. Au sens de l'invention, une électrode est dite « supérieure » par opposition à une électrode dite « inférieure », lorsque l'électrode « supérieure » est au plus proche du substrat traversé en premier par des rayons lumineux.
Pour les cellules solaires en galettes de silicium, elles sont par nature autoportantes, et sont équipées d'électrodes en grille (par exemple imprimées) sur la face d'incidence de la lumière. Elles sont cependant la plupart du temps assemblées également à des substrats de grande étendue, pour l'utilisation envisagée, par exemple insérées entre deux vitres de verre. D'une manière tout à fait générale, les cellules solaires à couches minces sont bâties sur des substrats rigides ou flexibles . Leurs électrodes sont la plupart du temps des électrodes plates continues . Le cas échéant, il y a encore un recouvrement mécanique à l'arrière; parfois, les cellules solaires sont logées par exemple dans des vitrages isolants.
Le substrat est appelé "superstrat" lorsque, en position de montage en module solaire, il est tourné vers le soleil, et qu'il se trouve par conséquent entre le soleil et les couches absorbantes . Un superstrat doit par conséquent être transparent, et la succession des couches déposées est en général, dans le cas d'un superstrat, (i) électrode supérieure, (ϋ) semi- conducteur (absorbant), (iϋ) électrode inférieure. Un substrat "véritable" peut - contrairement au superstrat - être opaque et la succession des couches déposées est en général - en partant du substrat - (i) électrode inférieure, (ϋ) semi-conducteur (absorbant) , (iϋ) électrode supérieure.
Les électrodes planes peuvent de leur côté être composées de plusieurs couches. Ainsi, l'électrode inférieure peut comprendre un sandwich de TCO (dopé) ("transparent conductive oxide", par exemple ZnOrAl, ITO, SnÛ2) et d'un métal comme l'argent ou l'aluminium; l'électrode supérieure peut comprendre une couche métallique logée entre des couches antireflets diélectriques et/ou se composer aussi de TCO.
Des approches de solution pour l'amélioration de l'utilisation de la lumière dans les cellules solaires consistent d'une part à réduire la réflexion de la lumière sur la surface extérieure. A cet effet, il est connu d'une part de traiter antireflets les surfaces sur la face d'incidence de la lumière, traitement pour lequel on peut déposer des revêtements antireflets et/ou former des microstructures sur la surface. Les microstructures précitées peuvent également réfracter la lumière et introduire celle-ci sous des angles plats, ou même de manière diffuse, dans les couches absorbantes. Une autre mesure connue consiste à produire les électrodes supérieures transparentes des cellules solaires (auxquelles succèdent directement les couches absorbantes) volontairement avec une surface rugueuse, de telle façon que la lumière soit dispersée lors de son passage de la couche d'électrode dans la couche absorbante.
Par ces mesures, on tente d'augmenter la longueur du chemin que chaque rayon lumineux parcourt à l'intérieur de la couche absorbante.
Enfin, le degré d'utilisation de la lumière peut aussi être amélioré par rétroréflexion de la quantité de lumière qui a traversé la couche absorbante (partiellement transparente à cause de sa faible épaisseur) . Dans ce but, on peut utiliser les électrodes métalliques (et non transparentes), que l'on dispose habituellement sur la face des cellules solaires située à l'opposé de la lumière incidente. Malgré toutes ces mesures, le courant produit par des cellules solaires à couches minces reste encore plus faible que celui qui est produit par les cellules solaires en galettes de silicium relativement épaisses. Bien que l'on doive compter avec le fait que ces dernières produiront toujours plus de courant que les cellules solaires à couches minces, les courants particulièrement faibles fournis par les cellules solaires à couches minces (moins chères) permettent de conclure qu'il existe encore un potentiel d'amélioration. Pourtant, la présence des surfaces rugueuses dans les cellules solaires constitue toujours un compromis entre l'optimisation optique pour la lumière et l'optimisation des propriétés purement électriques de la cellule solaire. On peut vérifier par des essais que des surfaces rugueuses dans les interfaces entre les électrodes et la couche absorbante ont tendance à améliorer les propriétés optiques (par exemple mesurées par le courant de court-circuit sous illumination), tandis que d'une manière générale les propriétés électriques (par exemple mesurées par la tension aux bornes ouvertes sous illumination) se dégradent lorsque la rugosité augmente.
Obtenir une dispersion de la lumière sans avoir de surfaces rugueuses permettrait de dissocier l'effet de piégeage de la lumière du comportement électrique des cellules solaires . On peut obtenir de cette manière un rendement lumineux accru sans l'inconvénient des dégradations de la fonction électrique, et ainsi en même temps un meilleur rendement de la conversion de la lumière en énergie électrique.
Le document WO 01/90 787 Al décrit un revêtement mince dispersant la lumière, qui convient bien pour disperser de façon homogène la lumière émise par une source lumineuse. Comme cas d'application, on cite en particulier l'éclairage arrière d'écrans plats, des lampes plates, etc. Le revêtement se compose pour l'essentiel de particules liées avec un liant minéral ou organique, d'un diamètre compris entre 0,3 et 2 μm, le liant représentant une fraction en volume de 10 à 40% du revêtement. Le revêtement présente une atténuation de contraste de plus de 40%. Il peut avoir une transmission de lumière de plus de 45 ou même de 60%, en particulier lorsque les particules elles-mêmes se composent de matériaux (minéraux) semi-transparents. L'indice de réfraction de la lumière des particules est de préférence supérieur à celui du liant.
La couche de dispersion de la lumière est de préférence déposée avec une épaisseur comprise entre 1 et 20 μm et par un procédé approprié sur la surface du substrat, par exemple par sérigraphie, immersion, ruissellement, pulvérisation. Il n'est par nature pas conducteur de l'électricité, ou alors mauvais conducteur (haute résistance ohmique) . Toutefois, il disperse la lumière incidente d'une façon uniforme telle que l'intensité de la lumière dispersée pour chaque angle d'observation soit proportionnelle à la surface de projection. Avec des additifs à effet dispersant, on peut maintenir dans des limites les agglomérations de particules, qui pourraient conduire à des perturbations indésirables de la transmission dans la couche.
Le brevet EP 688 818 Bl décrit des préparations à partir de particules et de liants, qui conviennent également pour des applications de dispersion de la lumière, par exemple dans des diodes luminescentes . Le document WO 2004/005978 Al décrit une application de couches de dispersion de la lumière du type précité, en combinaison avec couche d'isolation ou d'atténuation du rayonnement électromagnétique, avec une résistance de surface relativement élevée de plus de 100 Ω/unité carrée. Cette couche peut à nouveau contenir un TCO ou s'en composer, la couche de dispersion de la lumière étant d'abord déposée sur un substrat, et ensuite sur celle-ci la couche d'isolation électromagnétique. Le contexte d'une telle combinaison est l'application de la couche de dispersion de la lumière dans des écrans à cristaux liquides éclairés par l'arrière, dans lesquels l'isolation électromagnétique doit contrecarrer les influences perturbatrices de la source lumineuse se trouvant derrière le substrat sur les cristaux liquides.
Le problème à la base de l'invention consiste à améliorer la dispersion de la lumière dans des cellules ou des modules solaires photovoltaïques indépendamment d'une rugosité de la surface. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par l'utilisation d'au moins une couche avec des propriétés de dispersion ou de réflexion de la lumière, en particulier une couche composée de particules réfléchissant la lumière liées avec un liant minéral ou organique, succède à au moins une des électrodes dans le trajet des rayons de la lumière incidente.
Les caractéristiques des revendications secondaires présentent des formes de réalisation avantageuses de cette invention. Une amélioration importante de l'utilisation de la lumière est obtenue dans des cellules ou des modules solaires photovoltaïques lorsque l'on combine une couche de dispersion et/ou de réflexion de la lumière du type évoqué plus haut avec une des surfaces de couche de la cellule solaire, qui est traversée ou atteinte par la lumière. Au sens de la présente description, on vise comme couches absorbantes non seulement celles qui sont en silicium cristallin ou amorphe, mais aussi des absorbants ou des couches absorbantes en galettes de silicium, et en outre des couches minces à action photovoltaïque comme le CIS, CdTe et des matériaux comparables .
Plus généralement encore (dans le cas d'une cellule solaire à base de galette de silicium comme cela apparaîtra plus loin dans le texte) , la couche de dispersion et/ou de réflexion de la lumière est combinée avec l'électrode arrière ou inférieure réfléchissante située à l'opposé de la face d'incidence de la lumière. Par "couche de dispersion de la lumière", il faut entendre ici également une couche qui réfléchit également la lumière en plus de son effet de dispersion.
On peut disposer la couche de dispersion de la lumière, lorsqu'elle a une haute transmission de la lumière, entre le substrat et l'électrode supérieure, entre l'électrode supérieure et la couche absorbante, ou aussi devant l'électrode supérieure, ou aussi entre au moins deux couches de l'électrode supérieure, lorsque cette dernière se compose de plusieurs couches partielles transparentes (par exemple diélectrique, couche métallique, diélectrique) , dans la mesure où les différentes matières des couches sont compatibles les unes avec les autres et qu'une bonne adhérence peut être garantie.
En particulier, on préfère selon l'invention la combinaison de l'électrode inférieure située à l'opposé de la face d'incidence de la lumière avec cette couche de dispersion de la lumière. Ceci sera alors toujours utile si la lumière incidente traverse au moins en partie la couche absorbante, ce qui est le cas également avec les absorbants sous forme de galettes et ce qui acquiert une importance croissante pour les galettes plus minces. En termes simplifiés, la lumière traverse la couche absorbante (en partie) lorsque l'épaisseur de matière de celle-ci perpendiculairement à l'incidence de la lumière est inférieure à la longueur d'absorption de la lumière pour une longueur d'onde située au-dessus de la limite de bande du semi-conducteur formant la couche absorbante ou contenu dans celle-ci.
Selon une forme de réalisation avantageuse, la couche de dispersion de la lumière est disposée entre une couche (TCO) transparente de l'électrode inférieure, se raccordant à la couche absorbante, et la couche d'électrode métallique finale. En l'espèce, il faut cependant garantir qu'il continue d'y avoir un bon contact électrique entre les deux couches d'électrode par l'intermédiaire de la couche (à haute résistance ohmique) de dispersion de la lumière.
On peut aussi imaginer une garniture "double" de la cellule solaire avec des couches de dispersion de la lumière de part et d'autre de la couche absorbante. La couche de dispersion de la lumière contient de façon connue en soi des particules et des liants. De préférence, les particules sont transparentes ou semi-transparentes, pour conserver une transmission de la lumière aussi élevée que possible dans la couche de dispersion de la lumière. Elles peuvent en particulier être des particules minérales comme des oxydes, des nitrures ou des carbures.
De façon encore préférée, on emploie pour la fabrication des particules des oxydes de métaux comme le silicium, l'aluminium, le zirconium, le titane, le cérium. Le cas échéant, les particules peuvent également se composer de mélanges d'au moins deux de ces oxydes .
De telles particules peuvent être obtenues par tous les procédés de fabrication connus de l'homme de métier. Elles ont de préférence une distribution granulométrique, selon laquelle au moins 50% des particules ne s'écartent pas de plus de 50% de la grosseur de grain moyenne, et elles sont donc relativement homogènes .
Le liant doit présenter une stabilité à la température suffisante, pour pouvoir résister sans dommage aux températures fort élevées régnant dans les cellules solaires en cas de fort rayonnement solaire. A cet égard, un liant minéral peut être intéressant, par exemple du type silicate de potassium, de sodium ou de lithium, ou phosphate d'aluminium.
D'autre part, dans le présent cas d'application, la couche de dispersion de la lumière n'est pas exposée aux influences extérieures
(intempéries, abrasion) , de sorte que sa stabilité mécanique ne constitue par un critère prépondérant pour le choix des matières. On peut alors utiliser aussi un liant organique suffisamment stable à la température, par exemple du type polymères vinyle-polyalcool, résines thermodurcissables, acrylates .
D'autres propriétés importantes d'une couche de dispersion de la lumière adéquate pour l'application envisagée ici peuvent être trouvées dans le document WO 01/90 787 Al mentionné dans l'introduction, dont la divulgation a déjà été reproduite en partie dans l'introduction et est incluse ici de manière explicite en ce qui concerne les propriétés des couches . Dans le cas de l'utilisation de la couche de dispersion de la lumière décrite dans un rétroréflecteur d'une cellule solaire, la quantité de lumière, qui parvient encore à travers la couche de dispersion de la lumière, est réfléchie par la couche métallique se trouvant derrière celle-ci et est à nouveau soumise à une dispersion de la lumière.
Par suite de la porosité naturelle de la couche de réfraction de la lumière, un contact électrique suffisamment bon entre le métal déposé sur la couche de dispersion de la lumière et la couche TCO située sous la couche de dispersion de la lumière est garanti à travers la couche à haute résistance ohmique de dispersion de la lumière. On a pu vérifier expérimentalement que la résistance de transition effective entre les couches d'électrode était négligeable.
Etant donné que l'on peut au contraire faire diminuer ou même faire disparaître la rugosité de surface des substrats rigides ou des électrodes de surface, sans réduire notablement l'effet de dispersion de la lumière, ceci conduit par nature déjà à une amélioration sensible des propriétés électriques de la cellule solaire, qui fait plus que compenser une éventuelle légère augmentation de la résistance de transition entre les couches de l'électrode inférieure.
Ceci mis à part, on peut bien entendu munir le substrat sur la face d'incidence de la lumière d'une structure ou d'un revêtement de surface dispersant la lumière et/ou d'un revêtement ou d'une structure de surface diminuant la réflexion de la lumière incidente. Des verres appropriés sont fabriqués depuis plusieurs années par le déposant pour des applications solaires et sont disponibles sur le marché sous la marque commerciale "ALBARINO®" .
Lorsque l'on construit comme d'habitude un ou plusieurs modules solaires à partir de cellules solaires équipées selon l'invention, qui se composent de cellules solaires raccordées électriquement en série les unes aux autres, alors la structure de couches peut être produite avec la couche de réfraction de la lumière d'abord sur toute la surface du module, pour la subdiviser ensuite de la manière usuelle en cellules solaires individuelles . Selon un autre aspect de l'invention, celle- ci vise l'utilisation de cellules solaires en galettes de silicium pour lesquelles, on se passe en règle générale d'une couche TCO sur l'électrode arrière ou inférieure. Dans ce cas, le contact entre le substrat (qui peut jouer le rôle d'absorbeur) et la couche métallique est établi directement. La surface de contact entre le semi-conducteur et le métal présente cependant une très haute activité de recombinaison, c'est-à-dire que les porteurs de charge minoritaires des paires électrons- "trous" produits dans le silicium par l'incidence de la lumière pour la production de courant "disparaissent" à l'interface métal-semi-conducteur avec une grande probabilité ("recombinaison de surface") . Cet effet est d'autant plus marqué que la galette de silicium, respectivement l'absorbeur ou le substrat est plus mince. Il en résulte que la tension à vide (tension à circuit ouvert) de la cellule solaire baisse d'une manière indésirable, et par ailleurs aussi le courant (de court-circuit) produit par la lumière.
Avec la tendance vers des épaisseurs d'absorbeur respectivement de galette toujours plus minces, il est dès lors de plus en plus important de garantir une bonne qualité électronique de la face arrière de la cellule solaire, respectivement de passiver la surface arrière par un traitement approprié, après lequel les paires électrons-"trous" produites par la lumière ne puissent plus se recombiner extrêmement vite. Ceci est valable indépendamment du fait que la galette est dopée p ou n.
Dans des cellules solaires à haut rendement, le contact entre l'absorbeur et la couche métallique est dès lors réduit au minimum nécessaire pour la conduction du courant (par exemple dans les cellules solaires dites à contacts ponctuels, à structure PERL, à structure PERC, à structure Polka dot, etc.) .
L'efficacité de cellules solaires est améliorée par dépôt d'une couche dite de "passivation" (la plupart du temps un revêtement d'oxyde de silicium ou de nitrure de silicium) entre la galette et la couche d'électrode métallique, qui est interrompue aux endroits ou aux points pour un contact voulu avec le métal. Ceci peut être obtenu par masquage local avant le dépôt de la couche ou aussi par enlèvement local ultérieur (structuration par photolithographie ou enlèvement au laser) de la couche d'abord complète.
On peut ne pas procéder à la réalisation précitée d'interruptions de la couche de passivation avant le dépôt de l'électrode arrière ou inférieure (probablement avec une diminution des coûts) .
On peut aussi, après le dépôt sur toute la surface de l'électrode arrière ou inférieure, éventuellement sur une passivation / une couche de passivation de toute la surface de galette, produire des contacts ponctuels entre l'électrode arrière ou inférieure et la galette par traitement au faisceau laser ou "bombardement", contacts qui traversent une passivation existante.
Une autre possibilité de supprimer une structuration de couche consiste à utiliser des métaux, en particulier l'aluminium, comme élément de la couche métallique de l'électrode arrière ou inférieure, qui traversent la couche de passivation (oxyde de silicium) sous la forme d'aiguilles uniquement en quelques endroits par une conduite appropriée du procédé (par exemple traitement thermique) . Le semi-conducteur (silicium) n'est mis en contact qu'à ces endroits.
Le métal de l'électrode arrière ou inférieure lui-même peut produire un dopage dans le semi¬ conducteur par le simple contact électrique, un dopage de type n ou de type p selon le métal. Dans la suite, on discute le comportement d'aluminium à dopage p, des conditions analogues s'appliquent cependant aux métaux à dopage n. Si l'aluminium bute sur un matériau de type p lors de la traversée de la couche de passivation (et supposons seulement en surface) , il peut alors apparaître localement un dopage de type p dû à l'aluminium et ainsi localement un "champ de surface arrière" (back surface field - BSF) peut être produit dans l'interface du semi-conducteur avec le contact de l'aluminium. Si l'aluminium bute sur un matériau de type n lors de la traversée de la couche de passivation (et supposons seulement en surface) , le dopage de type n peut ici être surcompensé localement. Il en résulte deux possibilités fondamentales. D'une part, il peut se former des transitions p-n locales vers un semi-conducteur de type n, ou il se forme un canal localement limité de matériau à dopage de type p, qui procure à travers une surface à dopage n une liaison directe de type p entre l'aluminium et le corps de semi-conducteur à dopage p.
Au lieu d'une couche de passivation séparée, on peut aussi former sur un semi-conducteur à dopage de type "X" une passivation de surface par une surface à dopage de type "Y", qui peut alors être traversée par un métal de dopage de type "X" avec les effets décrits plus haut. X et Y remplacent ici respectivement soit p soit n.
Par la limitation locale stricte décrite du contact direct ou de la mise en contact directe entre le métal et le semi-conducteur, la recombinaison rapide indésirable est très fortement réduite par rapport à un contact en pleine surface.
Le document WO 01/86732 Al décrit un procédé pour fabriquer un contact respectivement une électrode sur une surface de semi-conducteur. D'abord, on oxyde une surface de silicium cristallin, pour déposer ensuite une couche d'aluminium comme électrode arrière ou inférieure sur la couche d'oxyde (non conductrice) . Ensuite, on dépose une couche de silicium amorphe sur la couche d'aluminium. Par chauffage de cette structure à des températures inférieures à la température eutectique de l'aluminium et du silicium, la couche d'oxyde est localement réduite aux endroits où sa qualité ou sa densité est plus faible.
Il en résulte que l'on évite une trop forte recombinaison du semi-conducteur Si à l'interface avec la couche Al grâce à la couche d'oxyde intermédiaire (et seulement traversée en partie) (par conséquent, la tension à circuit ouvert de la cellule augmente) , mais en même temps on garantit un contact électrique suffisant pour le prélèvement de courant entre la galette et l'électrode arrière ou inférieure, par des trous quasiment ponctuels ou des tunnels à travers l'
1 ' oxyde .
Des approches de solution pour l'amélioration de l'utilisation de la lumière dans les cellules solaires consistent d'une part à réduire la réflexion de la lumière sur la surface extérieure. A cet effet, il est d'une part connu de rendre les surfaces anti¬ réfléchissantes sur la face d'incidence de la lumière, en déposant des revêtements antireflet et/ou en formant des microstructures sur la surface. Les microstructures précitées peuvent aussi réfracter la lumière et l'introduire dans les couches d'absorbeur sous des angles plats, ou même diffus. Par ces mesures, on tente d'augmenter la longueur du chemin que chaque rayon lumineux parcourt à intérieur de la couche du substrat.
Par le terme surface, on entend ci-dessus aussi bien la surface d'une galette, que la surface d'un recouvrement transparent déposé sur celle-ci.
Enfin, pour un bon degré d'utilisation de la lumière dans une cellule solaire mince par comparaison avec la profondeur de pénétration moyenne, la lumière qui a traversé l'absorbeur doit aussi être réfléchie sur la face arrière. Comme miroir, on peut utiliser les électrodes métalliques, que l'on dispose habituellement sur la face plane des cellules solaires située à l'opposé de l'incidence de la lumière.
Le contact arrière d'aluminium souvent appliqué sur toute la surface dans les cellules solaires conventionnelles et formé par diffusion en général à haute température n'a cependant qu'un effet de réflexion faible.
Une amélioration importante de l'utilisation de la lumière dans des cellules solaires photovoltaïques à galette de silicium est obtenue en disposant une couche de dispersion et/ou de réflexion de la lumière du type discuté plus haut entre l'absorbeur et l'électrode arrière ou inférieure. En d'autres termes, la couche de dispersion de la lumière est combinée avec l'électrode arrière réfléchissante située à l'opposé de la face d'incidence de la lumière. Par "couche de dispersion de la lumière", il faut entendre ici également une couche qui réfléchit également la lumière en plus de son effet de dispersion.
Dans le cas de l'utilisation de la couche de dispersion de la lumière ainsi décrite dans ou sur un réflecteur arrière des cellules solaires, la quantité de lumière qui parvient encore à la couche de dispersion de la lumière après avoir traversé l'absorbeur, est soit réfléchie directement par celle- ci soit par la couche métallique située derrière celle- ci et soumise en l'occurrence chaque fois à une dispersion diffuse, avant de revenir à nouveau dans l'absorbeur.
Ceci sera toujours utile lorsque la lumière incidente traverse au moins en partie l'absorbeur, ce qui est de plus en plus le cas avec des galettes plus minces. En termes simples, la lumière traverse l'absorbeur (en partie) lorsque l'épaisseur de matière de celui-ci, perpendiculairement à l'incidence de la lumière, est inférieure à la longueur d'absorption de la lumière pour une longueur d'onde au-dessus de la limite de bande du semi-conducteur formant l'absorbeur ou contenu dans celui-ci, ou au moins n'est plus grande que la longueur d'absorption que dans la mesure où une fraction notable de la lumière traverse quand même l'absorbeur et atteint la face arrière de la cellule.
En l'occurrence, il faut cependant garantir qu'un contact électrique garantissant une conduction de courant subsiste, par la couche (éventuellement à haute résistance ohmique) de dispersion de la lumière, entre l'absorbeur et l'électrode arrière ou inférieure. Ceci peut être obtenu par exemple par les mesures qui ont été discutées plus haut en ce qui concerne la mise en contact ponctuelle à travers une couche de passivation.
Le degré de porosité de la couche de dispersion de la lumière est réglable dans de larges limites à l'aide des paramètres de processus lors du dépôt. On a pu vérifier expérimentalement que la résistance électrique de transition effective d'une couche métallique à un autre matériau via cette couche intermédiaire de dispersion de la lumière est négligeable. Par conséquent, on peut déjà obtenir un contact électrique suffisamment bon du métal déposé avec l'absorbeur à travers la couche de dispersion de la lumière, déjà lors du dépôt de l'électrode arrière ou inférieure métallique sur la couche de dispersion de la lumière (et produite avec une certaine porosité) .
La diffusion de phosphore est une des multiples étapes de procédé possibles pour la fabrication d'émetteurs sur la face d'incidence de la lumière, respectivement sur l'électrode avant de la cellule solaire à galette. Par exemple, la couche de dispersion de la lumière et sur celle-ci, la couche métallique, en particulier une couche d'aluminium, est disposée, conformément à l'invention, sur la face arrière d'une galette de silicium à dopage n avec du phosphore éventuellement autour ou sur sa surface arrière. Déjà lors du dépôt de la couche métallique
(par exemple une couche d'aluminium), le métal traverse localement en quelques endroits la couche partiellement poreuse de dispersion de la lumière et crée ainsi ponctuellement un contact avec le semi-conducteur. Par un traitement thermique approprié, l'aluminium diffuse dans la surface de la galette de silicium et obtient ainsi les effets de contact décrits plus haut (y compris de traversée d'une couche de passivation éventuellement présente en plus de la couche de dispersion de la lumière) .
Il en résulte dans l'interface entre l'absorbeur et la couche de dispersion de la lumière une mise en contact ponctuelle réglable par les paramètres de dépôt. Au contraire, en considérant la grande surface, l'isolation / la passivation de surface entre l'absorbeur et l'électrode arrière ou inférieure métallique est préservée par la couche de dispersion de la lumière. Des mesures particulières (photolithographie, laser, masquage) peuvent donc également être supprimées lors de l'application selon l'invention de la couche de dispersion et/ou de réflexion de la lumière. Ainsi, par la combinaison de celle-ci avec des couches de passivation (par exemple SiC>2) , on peut se passer d'étapes de procédé séparées pour interrompre la couche de passivation, parce que, par l'application d'un traitement thermique, le métal traverse par endroits la couche de passivation et vient en contact avec la couche de silicium via les régions ponctuelles dopées par l'aluminium.
En plus de l'avantage d'un rendement lumineux accru en raison de la dispersion / réflexion multiple des rayons lumineux, il résulte de la variation des paramètres de dépôt de la couche de dispersion de la lumière, la possibilité supplémentaire de régler de façon adéquate sa porosité et ainsi la fréquence respectivement la répartition des contacts ponctuels entre la couche métallique et l'absorbeur, et ainsi d'influencer et d'améliorer la qualité électrique de la face arrière de la cellule solaire. Par contre, la densité des points de contact doit être commandée en fonction de la qualité de l'oxyde de passivation, selon le document WO 01/86732 Al déjà cité. Selon l'invention, il existe cependant, par la porosité réglable de la couche de dispersion de la lumière entre la couche métallique et la galette de silicium, une possibilité indépendante de la qualité de l'oxyde de contrôler la surface de contact (nombre des points de contact) . La qualité de l'oxyde ne peut dès lors être optimisée que dans l'optique de la qualité de la passivation de la surface.
Comme autre avantage décisif, l'invention exploite les propriétés de dispersion de la lumière de la couche partiellement poreuse entre le métal et la galette de silicium, l'absorption de la lumière incidente et dès lors la quantité de courant produite étant stimulées par des allongements des longueurs de chemin optique et les effets de piège à lumière.
On peut ainsi déposer une couche de dispersion de la lumière également sur la face d'incidence de la lumière, si elle présente une transmission élevée de la lumière. On peut alors la disposer au-dessus de l'électrode avant ou entre l'électrode avant et l'absorbeur.
Pour fabriquer des cellules solaires du type discuté plus haut (à savoir à galette de silicium) , on peut mettre en œuvre le procédé suivant:
Comme matière première, on utilise des galettes de silicium de type p. Par diffusion de phosphore, on produit (au moins) sur la face avant de la galette une surface de type n (comme émetteur) . La diffusion de phosphore agit cependant en règle générale sur les deux faces de la galette, parce que la face arrière n'est pas masquée.
Sur cette face arrière, on dépose alors une couche de dispersion de la lumière et sur celle-ci une couche d'aluminium faisant office d'électrode arrière ou inférieure métallique. Déjà dans cette étape du procédé, l'aluminium traverse localement et en quelques endroits la couche de dispersion de la lumière partiellement poreuse et y touche la galette de silicium. Le produit intermédiaire est chauffé. Par suite des phénomènes connus de pénétration de l'aluminium à travers l'oxyde de silicium et de diffusion de l'aluminium dans la galette, le dopage n du phosphore éventuellement présent sur la surface arrière de la galette y est surcompensé par des parties d'aluminium, c'est-à-dire que la face arrière est à nouveau à dopage p (comme avant la diffusion du phosphore) localement / ponctuellement sur la surface.
Par cette façon de procéder, on a donc avant le dépôt du contact arrière "sans plus" une surface de type n, que l'on peut donc alors utiliser comme on l'a décrit plus haut, pour obtenir en combinaison avec la couche de dispersion de la lumière une face arrière bien passivée à contacts ponctuels, qui par ailleurs disperse et réfléchit la lumière.
Sans ce dopage de surface de type n de la face arrière, on peut utiliser de façon analogue une couche de passivation, par exemple en SiOx, traversée uniquement de façon ponctuelle par l'aluminium. Ceci est également valable pour un dopage de surface de type p fortement appliqué sur toute la surface, qui produit certes par nature déjà une certaine couche de passivation par la formation du "champ de surface arrière" déjà mentionné, mais qui est nettement meilleure en qualité, lorsque le contact avec le métal est limité à de petites surfaces .
Une extension naturelle de l'invention est le fait qu'elle est également applicable à des structures de cellules solaires plus coûteuses, qui comportent des régions aussi bien de type p que de type n sur la face arrière, et qui sont alors garnies par exemple de contacts en peigne indentés les uns dans les autres .
D'autres détails et avantages de l'objet de l'invention apparaîtront par les dessins de plusieurs exemples de réalisation, ainsi que par leur description détaillée qui suit.
Dans ces dessins, qui sont des représentations simplifiées sans échelle particulière, La Fig. 1 montre une vue en coupe schématique d'une cellule solaire, dans laquelle une couche de dispersion de la lumière est logée entre deux couches de l'électrode inférieure;
La Fig. 2 illustre une première forme de réalisation d'une cellule solaire en détail agrandi;
La Fig. 3 illustre une deuxième forme de réalisation analogue à la figure 2, dans laquelle cependant la rugosité de surface des électrodes plates a été réduite. La Fig. 4 est une vue en coupe partielle schématique d'une cellule solaire à galette de silicium, dans laquelle une couche de dispersion de la lumière est logée entre l'absorbeur à dopage n en surface et l'électrode arrière ou inférieure ; La Fig. 5 est une vue en coupe partielle schématique d'une cellule solaire à galette de silicium, dans laquelle une couche de dispersion de la lumière est logée entre une couche de passivation et l'électrode arrière ou inférieure ;
La Fig. 6 montre une vue de détail agrandie analogue à la Fig. 5, dans laquelle on a indiqué la réfraction d'un rayon lumineux entre l'électrode arrière et l'absorbeur. Les figures 7 et 8 sont des photographies prises au MEB de la couche absorbante utilisée dans les modes de réalisation de l'invention.
Selon la figure 1, la cellule solaire 1 comprend, dans la structure de principe, un substrat 2 (en verre ou en plastique) , une électrode supérieure ou plate transparente 3 déposée sur celle-ci, en un oxyde électriquement conducteur ou en un autre matériau ou système de couches approprié (représenté pour simplifier comme une couche unique homogène) , une couche absorbante (4) en un matériau à activité photovoltaïque comme du silicium amorphe ou polycristallin, le cas échéant aussi en une couche mince comme du CIS ou CdTe, une électrode inférieure 5 en une couche TCO transparente 5.1 et une couche métallique 5.2. Entre les couches 5.1 et 5.2 est logée une couche 5.3 de dispersion de la lumière. Les faces des couches TCO 3 et 5.1 respectivement tournées vers la couche absorbante sont de préférence relativement rugueuses, pour qu'elles dispersent la lumière qui les traverse (voir Fig. 2) .
A la couche métallique 5.2 succèdent de façon connue en soi une couche intermédiaire 6 et un recouvrement postérieur 7. La couche intermédiaire 6 sert pour l'assemblage adhésif en surface de la cellule solaire 1 avec son substrat au recouvrement 7. Il est connu de réaliser ces couches intermédiaires en une résine de coulée ou en feuilles thermoplastiques, qui doivent naturellement être chaque fois compatibles physiquement et chimiquement avec les couches de la cellule solaire. Sur le bord extérieur de la cellule solaire, la couche intermédiaire 6 est fermée hermétiquement avec une garniture de bord 8. La garniture de bord adhère fermement aux deux vitres rigides 2 (substrat) et 7 (recouvrement) .
Ces deux-ci peuvent être en verre, éventuellement précontraint, ou en plastique, par exemple en polycarbonate; le cas échéant, on peut utiliser une vitre - de préférence le substrat transparent 2 - en verre et l'autre en plastique.
Les épaisseurs des vitres individuelles ne peuvent pas être reproduites à l'échelle ici. La couche intermédiaire 6 est pourtant régulièrement nettement plus épaisse que les couches fonctionnelles respectivement d'électrode 3 à 5. C'est pourquoi on a indiqué avec une double ligne en trait mixte qu'une partie de l'épaisseur de la couche intermédiaire 6 a été omise. La couche métallique 5.2 de l'électrode inférieure 5 peut à nouveau, comme on l'a indiqué, être plus épaisse que les autres couches fonctionnelles.
Le détail de la figure 2 illustre le principe de fonctionnement de l'agencement de couches de la cellule solaire 1. Des pièces identiques à celles de la figure 1 sont désignées par les mêmes repères numériques que dans celle-ci. On voit de nouveau le substrat 2 avec l'électrode supérieure 3 déposée sur celui-ci, représentée pour simplifier comme une couche homogène. La surface de celle-ci située à l'opposé du substrat et tournée vers la couche absorbante a été volontairement formée de façon relativement rugueuse
(ceci peut être ajusté largement par un réglage adéquat des paramètres de dépôt par exemple lors de la pulvérisation, pulvérisation suivie de décapage ou dépôt en phase gazeuse (CVD, chemical vapour déposition) de telles couches, par exemple en réduisant la pression du gaz de travail ou en augmentant l'énergie de pulvérisation dans le cas de la pulvérisation) .
Il va de soi que, sous une observation microscopique, même la surface du substrat (de verre) 2 lui-même présente une certaine rugosité, qui a cependant été négligée ici. Il est cependant possible d'utiliser de manière adéquate une structure de surface du verre pour la dispersion effective de la lumière.
La couche d'électrode TCO 5.1 succède à la couche absorbante 4, en étant réalisée également avec une certaine rugosité de surface, ensuite la couche 5.3 de dispersion de la lumière et enfin la couche métallique 5.2. Pour illustrer le contact électrique direct entre la couche métallique 5.2 et la couche TCO 5.1, on a tracé ici quelques "pics" de la couche métallique 5.2, qui traversent la couche 5.3 de dispersion de la lumière. Ces pics se forment quasiment de manière automatique lors du dépôt de la couche métallique sur la couche 5.3 relativement poreuse. En d'autres termes, lors du dépôt de la couche métallique 5.2 sur la couche 5.3 de dispersion de la lumière, des amas d'atomes du métal pénètrent tellement loin dans les pores de la couche 5.3 qu'ils assurent respectivement réalisent un contact galvanique direct avec la couche TCO 5.1. Ce processus également peut être accentué par un réglage approprié de la porosité de la couche 5.3 ainsi que par un réglage approprié des paramètres de dépôt pour la couche métallique 5.2 (pression plus basse du gaz de travail, haute énergie de pulvérisation) .
On va maintenant expliquer plus en détail, à l'aide d'un exemple fortement simplifié au point de vue graphique, le mode de fonctionnement de la couche de dispersion de la lumière et la meilleure utilisation concomitante de la lumière incidente dans la cellule solaire 1. Il convient de remarquer que l'optique géométrique à la base de la description, purement illustrative dans les rapports discutés ici entre la longueur d'onde de la lumière et les tailles des structures de surface, n'est plus adaptée seule pour une description physique correcte. Pour une description exacte, il conviendrait de tenir compte de défauts d'interférence et de champ proche. Pourtant, l'optique géométrique se prête bien à une description intuitive, pour comprendre le principe des effets exploités par l'invention. Un rayon lumineux L tombant verticalement vers le bas à travers le substrat 2 et l'électrode supérieure transparente 3 dans la cellule solaire 1 est d'abord réfracté (dissocié) sur l'interface (inégale) entre l'électrode supérieure 3 et la couche absorbante 4 et de ce fait déjà dispersé dans cette dernière. La partie non absorbée de la lumière tombe sur la surface rugueuse de la couche 5.1 et y est également en partie dispersée, et aussi en partie réfléchie - selon l'angle d'incidence. Les parties qui ont traversé parviennent ensuite dans la couche 5.3 de dispersion de la lumière et y sont encore réfractées/dispersées, et réfléchies par la couche métallique 5.2 dans la couche 5.3 et de nouveau réfractées/dispersées par celle-ci.
Au total, le rayon lumineux incident unique L est ainsi divisé en une multitude de trajets de rayons, qui s'étendent tous sur une plus ou moins grande longueur à travers la couche absorbante 4 et augmentent ainsi de façon significative le degré d'utilisation de la lumière. Il convient encore de souligner que la représentation même des rayons lumineux ne sert que d'illustration de l'action de la couche de dispersion de la lumière et ne reproduit que de façon très limitée les phénomènes effectifs de réfraction et de réflexion.
Alors que la figure 2 est partie d'un type de cellule solaire ou d'une structure de couches réalisée de manière plutôt conventionnelle avec des surfaces rugueuses des électrodes, pour représenter l'invention, le même détail de la figure 3 montre une variante. On voit que l'électrode supérieure 3 et aussi la couche TCO 5.1 de l'électrode inférieure ont à présent des surfaces lisses (au moins au point de vue macroscopique) . Par conséquent, elles ne réfractent pas le rayon lumineux L ou en tous cas moins fortement que leurs équivalents de la figure 2. l'l'l'
Ce n'est qu'à l'entrée dans la couche 5.3 de dispersion de la lumière que le rayon L est réfracté et divisé de manière notable, ce qui se propage encore après la réflexion sur la couche métallique 5.2. Ici également, il en résulte une meilleure utilisation de la lumière principalement dans la couche absorbante 4, qui s'accompagne encore d'une amélioration des propriétés électriques dans la zone de transition (interface) entre la couche absorbante 4 et les électrodes.
Selon la Fig. 4, une cellule solaire 10 comprend, dans la structure de principe, un absorbeur 20 sous la forme d'une galette de silicium, dont la surface a reçu un dopage de surface n par un traitement approprié, par exemple par diffusion de phosphore. Ce dopage, diminuant de la surface vers intérieur de la galette / de absorbeur, est représenté de façon très simplifiée par deux lignes 30 tracées en pointillé le long des arêtes extérieures de absorbeur 20. Le dopage ne doit pas être présent aussi sur la surface latérale, contrairement à la représentation.
La face de l'absorbeur 20 située sur le haut dans le dessin est tournée vers la lumière incidente. Pour simplifier, on n'a pas représenté une surface de galette à dopage de type n en règle générale sur une galette de silicium de type p et pourvue d'une électrode avant respectivement d'un "émetteur".
Directement sur la face arrière de 1'absorbeur 20, située à l'opposé de l'incidence de la lumière, on a déposé une couche de dispersion de la lumière 40, sur laquelle on a de nouveau déposé une électrode 50 arrière ou inférieure métallique sous la forme d'une couche. L'électrode arrière ou inférieure est de préférence constituée d'aluminium ou contient ce métal, qui se recommande particulièrement pour le présent cas d'application en raison de ses bonnes propriétés de dopage avec le silicium et de son aptitude à traverser une couche de passivation de surface par exemple en oxyde de silicium. De façon schématique, on a encore indiqué en dessous de l'électrode arrière ou inférieure 50 une couche adhésive ou intermédiaire 60 et une plaque de support 70. Cette dernière peut être utilisée, de façon connue en soi, pour le montage d'un module solaire constitué d'une pluralité de cellules solaires 10 raccordées électriquement en parallèle et/ou en série. La couche adhésive peut être préparée avec une résine de coulée ou avec des films thermoplastiques, qui doivent naturellement être compatibles physiquement et chimiquement avec les composants voisins des cellules solaires. Au besoin, il sera naturellement prévu aussi, sur la face d'incidence de la lumière des cellules solaires, un recouvrement dont la transmission de la lumière devra être aussi élevée que possible.
La couche de dispersion de la lumière 40 agit ici comme isolateur plat entre l'absorbeur 20 et l'électrode arrière ou inférieure 50. Cette dernière doit dès lors, de façon connue en soi, être en liaison électrique conductrice avec l'absorbeur 20, au moins ponctuellement. Par le terme ponctuellement, on doit entendre ici qu'un contact s 'étendant sur toute la surface de l'électrode et de la galette est formé par une pluralité de surfaces individuellement petites.
Cette définition du terme "ponctuel" comprend aussi les structures, qui ne paraissent ponctuelles qu'en section transversale, comme par exemple des zones de contact linéaires . Ces zones sont indiquées par un ensemble de saillies 5C (ou "pics") de la couche d'électrode arrière ou inférieure 50, qui s'étendent à travers la couche 40 de réfraction de la lumière et présentant une porosité voulue jusque dans le corps de l'absorbeur 20, celles-ci traversant dans certains cas aussi des zones existantes d'un dopage de surface de type n de la galette. Par la représentation très simplifiée, on ne peut naturellement pas tirer de conclusions quant à la structure réelle respectivement aux sections transversales de ces saillies et quant à leur composition chimique.
La variante représentée dans la Fig. 5 comprend une couche de passivation 80 sous la forme d'une couche discrète perméable à la lumière entre l'absorbeur 20 et la couche de dispersion de la lumière
40. La couche 80 peut être combinée avec un dopage de surface de type n ou de type p (lignes 30) de la galette selon la Fig. 4, ou remplacer celui-ci. Elle est de préférence fabriquée en SiOx ou SiNx ou elle contient ces composés du silicium.
Les épaisseurs des diverses couches ne peuvent pas être reproduites à l'échelle ici.
L'exemple selon la Fig. 5 a en tout cas de nouveau, de façon correspondante à la Fig. 4, un contact ponctuel comme défini plus haut, entre l'électrode arrière ou inférieure 50 et la galette respectivement l'absorbeur 20. Ceux-ci ne s'étendent visiblement pas seulement à travers la couche de dispersion de la lumière 40, mais aussi à travers la couche de passivation 80.
Le détail de la Fig. 6 illustre encore le principe de fonctionnement de la structure de couches de la cellule solaire 10, selon l'invention. Des composants identiques à ceux de la Fig. 4 portent les mêmes repères numériques. On voit de nouveau la galette
20 avec les couches 80, 40 et 50 déposées sur sa face arrière.
A l'aide d'un exemple fortement simplifié graphiquement, on explique en détail le mode de fonctionnement de la couche de dispersion de la lumière et l'utilisation améliorée qui en découle de la lumière incidente dans la cellule solaire 10. On remarquera en l'occurrence que l'optique géométrique à la base de cette description volontairement illustrative pour les rapports discutés ici entre la longueur d'onde et les grandeurs des structures de surface n'est plus adaptée à elle seule pour une description physique correcte. Des effets d'interférence ainsi que des effets de champ proche devraient être pris en compte pour une l'
description correcte. Néanmoins, l'optique géométrique convient pour une description intuitive, afin de comprendre dans le principe les effets utilisés par l'invention. Dans la mesure où un rayon lumineux L tombant verticalement par le haut traverse encore l'absorbeur 20, il peut d'abord être réfracté (divisé, dispersé) à l'interface (non plane) entre l'absorbeur 20 et la couche de passivation 80, et partiellement réfléchi et dès lors déjà dispersé de nouveau dans cette dernière (non représenté ici pour simplifier) .
La partie pas encore absorbée et non réfléchie à l'interface précitée du rayon lumineux tombe sur la surface de la couche de dispersion de la lumière 40 et y est aussi partiellement dispersée, et aussi partiellement réfléchie - selon l'angle d'incidence et la position microscopique. On n'a cependant pas représenté la quantité de lumière réfléchie sur la couche 40, pour simplifier. Les parties ayant traversé subissent de multiples réflexions et sont ainsi soit rétro- dispersées dans la galette de silicium soit arrivent ensuite encore dans interface vers la couche métallique 50, qui les réfléchit de nouveau dans la couche de dispersion de la lumière 40. Etant donné que la couche de dispersion de la lumière 40 n'absorbe pas ou seulement très peu la lumière, ces parties de la lumière sont de nouveau renvoyées dans l'absorbeur 20 de la cellule solaire 10. Au total, le rayon lumineux individuel L est divisé en une multitude de trajets de rayons, qui s'étendent tous sur une longueur plus ou moins grande dans l'absorbeur 20 et augmentent ainsi nettement le degré d'utilisation de la lumière. Il convient de remarquer encore une fois que la représentation même des rayons lumineux ne sert que pour expliquer l'effet de la couche de dispersion de la lumière et qu'elle ne reproduit que de façon très limitée les phénomènes réels de réfraction et de réflexion Comme cela apparaît sur les figures 7 et 8, il apparaît que la couche (4, 40) ayant des propriétés de dispersion et/ou de réflexion de la lumière et qui utilisée pour ses propriétés favorisant la diffusion et la réflexion de la lumière est en plus poreuse.
Du fait de cette porosité ouverte, les inventeurs ont pu mettre en évidence que les interstices à l'intérieur du réseau poreux permettaient l'établissement de contact électrique au sein de cette couche, bien que le matériau la constituant soit intrinsèquement non conducteur électriquement et n'ait pas subi de post traitement (traitement par rayonnement laser, gravure...) . Dans des conditions préférées d'obtention de cette couche (choix de la granulométrie, du liant, des particules) , le réseau poreux présente alors des caractéristiques optimales à l'établissement d'un contact électrique avec des couches adjacentes (des couches conductrices, et/ou un substrat dopé) . Selon un autre aspect de l'invention celle-ci vise l'utilisation d'une couche diffusante et/ou de réflexion de la lumière constituée de particules agglomérées dans un liant, les particules présentant un diamètre moyen compris entre 0,3 et 2 microns, en ce que le liant étant dans une proportion comprise entre 10 et 40 % en volume, les particules forment des agrégats dont la dimension étant comprise entre 0,5 et 20 microns, et de préférence inférieure 5 microns, la couche présentant une atténuation de contraste supérieur à 40 %, pour des cellules solaires photovoltaïques, cette couche ayant une certaine porosité et étant disposée entre une couche d'électrode et la couche absorbante ou entre deux couches partielles d'électrode, et les contacts électriques entre les couches conductrices des deux côtés de la couche de dispersion de la lumière étant effectués à travers la porosité de cette dernière.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cellule solaire photovoltaïque (1, 10) comprenant une électrode supérieure (3, 30) , une couche avec des propriétés de dispersion et/ou de réflexion de la lumière (4,40), une électrode inférieure (5, 50), caractérisée en ce que ladite couche (4,40) est située entre l'électrode supérieure (3, 30) et l'électrode inférieure (5, 50) .
2. Cellule solaire photovoltaïque (1) mettant en œuvre l'utilisation selon la revendication 1, comprenant une électrode supérieure transparente (3) , une couche avec des propriétés de dispersion et/ou de réflexion de la lumière (4), une électrode inférieure (5) ainsi qu'avec des moyens pour disperser la lumière incidente dans la couche absorbante, caractérisée en ce qu'au moins une couche (5.3) avec des propriétés de dispersion de la lumière, en particulier une couche composée de particules réfléchissant la lumière liées avec un liant minéral ou organique, succède à au moins une des électrodes (3, 5) dans le trajet des rayons de la lumière incidente.
3.CeIIuIe solaire selon la revendication 2 avec un substrat transparent (2), dans laquelle une couche (5.3) de dispersion de la lumière présente une haute transmission de la lumière qui n'est pas inférieure à 60% et est disposée entre le substrat (2) et l'électrode supérieure (3) ou entre l'électrode supérieure (3) et la couche absorbante (4) ou entre au moins deux couches de l'électrode supérieure (3) .
4.CeIIuIe solaire selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'une couche (5.3) de dispersion de la lumière est disposée sur l'électrode inférieure (5) .
5. Cellule solaire selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la couche (5.3) de dispersion de la lumière est enfermée entre au moins deux couches (5.1, 5.2) de l'électrode inférieure (5), dont la couche (5.1) située entre la couche absorbante (4) et la couche (5.3) de dispersion de la lumière est transparente.
6.Cellule solaire selon la revendication 5, dont l'électrode inférieure (5) comprend au moins une couche TCO (5.1) transparente succédant à la couche absorbante (4) et une couche métallique (5.2), cette dernière réfléchissant en particulier la lumière incidente sur elle.
7.CeIIuIe solaire selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que des raccordements électriques directs sont produits entre les au moins deux couches partielles (5.1, 5.2) de l'électrode inférieure (5) par la couche (5.3) de dispersion de la lumière, en particulier par des pores de cette couche.
8.CeIIuIe solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que la couche
(5.3) réfléchissant la lumière contient des particules minérales semi-transparentes d'oxydes, de nitrures ou de carbures, en particulier avec des tailles de grains comprises entre 0,1 et 3 μm.
9.CeIIuIe solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que la couche (5.3) réfléchissant la lumière contient un liant organique ou minéral avec une proportion en volume de 10 à 40%.
10.Cellule solaire selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que l'indice de réfraction de la lumière des particules est supérieur à celui du liant.
11.Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisée en ce que la couche (5.3) de réfraction de la lumière présente, pour une épaisseur de couche comprise entre 1 et 20 μm, une transmission de la lumière de plus de 45%, en particulier plus de 65%.
12.CeIIuIe solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisée en ce que la couche
(5.3) de réfraction de la lumière contient en outre des composants dispersants empêchant une agglomération de particules .
13.CeIIuIe solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisée en ce qu'au moins une de ses électrodes ou une couche partielle de ses électrodes (3, 5.1) est déposée avec une rugosité accrue de sa surface jointive à une suite de couches.
14. Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisée en ce que le substrat transparent (2) est muni sur la face d'incidence de la lumière d'une structure ou d'un revêtement de surface dispersant la lumière et/ou d'un revêtement diminuant la réflexion de la lumière.
15.CeIIuIe solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, avec une couche absorbante composée de silicium cristallin ou amorphe ou en contenant.
16.Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, avec une couche absorbante composée d'un système de couches minces, en particulier de CIS ou de CdTe, ou en contenant.
17.CeIIuIe solaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, avec une couche absorbante composée d'une galette de silicium ou en contenant une telle.
18. Cellule solaire photovoltaïque à galette de silicium (10) mettant en œuvre l'utilisation selon la revendication 1, avec une électrode supérieure (30), un absorbeur (20) et une électrode inférieure métallique
(50) ainsi que des moyens pour disperser la lumière incidente ou réfléchie dans l'absorbeur (20), caractérisée en ce qu'au moins la surface de la galette tournée vers l'électrode inférieure (50) est passivée par dopage et/ou par une couche séparée, et en ce qu'il est prévu au moins une couche (40) avec des propriétés de dispersion et/ou de réflexion de la lumière entre l'absorbeur (20) et l'électrode inférieure (50), dans laquelle au moins des contacts électriques locaux (5C) entre l'électrode inférieure (50) et l'absorbeur (20) traversent la couche (40) .
19. Cellule solaire selon la revendication 18, caractérisée en ce que les contacts électriques locaux s'étendent à travers des pores présents dans la couche (40) de dispersion de la lumière ou à travers des passages pratiqués dans celle-ci.
20. Cellule solaire selon l'une des revendications 18 ou 19, caractérisée en ce qu'au moins la surface de l'absorbeur (20) composée de silicium dopé de type n ou de type p, tournée vers l'électrode inférieure métallique (50) , est passivée respectivement soit par un dopage de type n, soit par un dopage de type p, et/ou par une couche de passivation comme par exemple de l'oxyde de silicium ou du nitrure de silicium, soit par une couche contenant de telles matières, afin de minimiser une recombinaison de surface.
21. Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, dont la couche (40) de dispersion et/ou de réflexion de la lumière contient des particules réfléchissant la lumière liées avec un liant minéral ou organique.
22. Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, caractérisée en ce que la couche (40) de dispersion et/ou de réflexion de la lumière contient des particules d'oxydes, de nitrures ou de carbures, en particulier avec des tailles de grains comprises entre 0,1 et 3 μm.
23. Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 18 à 22, caractérisée en ce que la couche (40) de dispersion de la lumière contient un liant organique ou minéral en une proportion en volume de 10 à 40%.
24. Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 21 à 23, caractérisée en ce que l'indice de réfraction des particules est différent de celui du liant.
25. Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 18 à 24, caractérisée en ce qu'il est prévu, sur la face d'incidence de la lumière de l'absorbeur (20), un recouvrement avec une structure superficielle ou un revêtement de dispersion de la lumière et/ou avec un revêtement réduisant la réflexion de la lumière.
26. Cellule solaire selon l'une quelconque des revendications 18 à 25, caractérisée en ce qu'une autre couche de dispersion de la lumière, à haute transmission de la lumière, est disposée sur la face d'incidence de la lumière de l'absorbeur (20) .
27. Module solaire avec une pluralité de cellules solaires selon l'une quelconque des revendications 2 à 26, raccordées électriquement les unes aux autres, dans lequel les cellules solaires sont fixées en particulier sur une structure de support commune (7, 70) .
28. Module solaire avec une pluralité de cellules solaires selon l'une quelconque des revendications 2 à 26 électriquement reliées les unes aux autres.
29. Module solaire selon la revendication 28, dans lequel la couche de dispersion ou de réflexion de la lumière fait partie d'une couche d'électrode utilisée en commun par les cellules solaires ou se raccorde à une telle couche d'électrode.
30. Utilisation d'une couche diffusante et/ou de réflexion de la lumière constituée de particules agglomérées dans un liant pour des cellules solaires photovoltaïques selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, cette couche ayant une certaine porosité et étant disposée entre une couche d'électrode et la couche absorbante ou entre deux couches partielles d'électrode, et les contacts électriques entre les couches conductrices des deux côtés de la couche de dispersion de la lumière étant effectués à travers la porosité de cette dernière
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