EP2543074A2 - Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques - Google Patents

Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques

Info

Publication number
EP2543074A2
EP2543074A2 EP11708441A EP11708441A EP2543074A2 EP 2543074 A2 EP2543074 A2 EP 2543074A2 EP 11708441 A EP11708441 A EP 11708441A EP 11708441 A EP11708441 A EP 11708441A EP 2543074 A2 EP2543074 A2 EP 2543074A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
equal
transparent conductive
conductive substrate
zinc oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11708441A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique Coster
Jean-Michel Depauw
Laurent Dusoulier
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.)
AGC Glass Europe SA
Original Assignee
AGC Glass Europe SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from BE2010/0147A external-priority patent/BE1019244A3/fr
Priority claimed from BE2010/0137A external-priority patent/BE1019211A3/fr
Priority claimed from BE2010/0148A external-priority patent/BE1019245A3/fr
Application filed by AGC Glass Europe SA filed Critical AGC Glass Europe SA
Publication of EP2543074A2 publication Critical patent/EP2543074A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/169—Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/407—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • H10F10/172—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising multiple PIN junctions, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/138—Manufacture of transparent electrodes, e.g. transparent conductive oxides [TCO] or indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/244—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/244—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • H10F77/251—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers comprising zinc oxide [ZnO]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/805—Electrodes
    • H10K50/81—Anodes
    • H10K50/816—Multilayers, e.g. transparent multilayers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • the present invention is in the technical field of transparent conductive substrates for optoelectronic devices.
  • the present invention relates to a transparent substrate, in particular glass, provided with a conductive coating for optoelectronic devices, to the method of manufacturing this transparent conductive substrate and to optoelectronic devices in which this transparent conductive substrate is incorporated.
  • the transparent conductive substrate referred to in the present invention can be used as an electrode for extracting or injecting charges into optoelectronic devices such as organic electroluminescent devices known by the acronym OLED (Organic Light Emitting Device). or the light collecting devices such as photovoltaic cells, also called solar cells.
  • OLED Organic Light Emitting Device
  • the invention is more particularly concerned with thin-film Si-based photovoltaic cells.
  • photovoltaic cells there are different types of photovoltaic cells among which there are cells based on Si films.
  • optoelectronic devices in thin layers typically having a thickness of less than 10 ⁇ m, consist of of a transparent, flexible or rigid conductive substrate and deposited on the latter, an optoelectronically active layer formed of an inorganic semiconductor material or, more rarely, organic, and contacted on both sides by two electrodes of which at least one transpait nte.
  • the semi-conductor is generally composed of the stack of a p-type layer, an active layer and an n-type layer, together forming a pin or nip junction.
  • the material used is mainly amorphous or microcrystalline silicon.
  • the useful range of absorption of photons in the absorbent is between 400 nm and 550 nm. For tandem cells, this useful absorption domain is expanded and covers 400 nm to 1100 nm.
  • the transparent conductive substrate comprises a support provided with a conductive coating, this conductive coating being more often called by the specialists TCO (of the English Transparent ⁇ onductive Oxide), said support being preferably a glass support.
  • TCO Transparent ⁇ onductive Oxide
  • the first technique is a gas phase pyrolysis method (often referred to by the abbreviation CVD, Chemical Vapor Deposition).
  • Organometallic precursors react in the gas phase at high temperature (> 600 ° C) and a deposit is formed on the surface of the glass.
  • the material most often deposited is based on tin oxide doped with fluorine or antimony.
  • This technique makes it possible to obtain layers having adequate electrical and optical properties.
  • this technique is applied directly after the formation of the glass (in the production unit called float). This method is then called "on-line”.
  • Another method consists in depositing a material on the surface of the support by vacuum process, said support being preferably n ce in glass.
  • Sputtering is a process well known in the manufacture of layers for glazing used in the residential sector (individual houses) or in the architectural field (buildings and large construction).
  • the deposits on the glass make it possible to obtain thermal insulation properties (low emissivity) as well as certain desired hues. In general, this type of deposit is made cold.
  • TCO thermal insulation properties
  • ITO indium tin oxide
  • Zinc oxide, ZnO is a promising compound. Indeed, of a conductor behavior in the pure state, the resistivity decreases rapidly with the addition of a dopant such as Ai, Ga, B.
  • the active layer in order to limit the manufacturing costs of the optoelectronic device, the active layer must be relatively thin (between 100 nm and a few microns).
  • the active layer leads to a low amount of absorbed light and therefore reduced efficiency.
  • it is therefore necessary to increase as much as possible the optical path of the light within the active layer. This is generally achieved by the use of a textured TCO substrate or layer for diffusing or diffracting light into the active layer.
  • the document DE 197 13 215 describes a solar cell and the support is covered with a TCO layer, advantageously zinc oxide (ZnO), formed by cathodic sputtering in an argon atmosphere from an aluminum doped ZnO target.
  • ZnO zinc oxide
  • it is attacked either by a chemical process with the aid of an acid solution, or by an electrochemical process (anodic etching or reactive ion etching). The attack can be done during or after the deposition of the layer.
  • the object of the invention is to provide a transparent conductive substrate for optoelectronic devices which is an alternative to existing substrates. More particularly, it is a question of providing a transparent conductive substrate for photovoltaic cells as well as its manufacturing method.
  • a second object that the present invention sets is to provide a photovoltaic cell incorporating the transparent conductive substrate.
  • the invention relates to a transparent conductive substrate for an optoelectronic device comprising a support and a conductive coating based on doped zinc oxide, said coating consisting of a stack of at least two layers of different electrical conductivity, a so-called layer of high electrical conductivity and a so-called low electrical conductivity layer, such as the so-called layer of high electrical conductivity is a layer based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of a doping element with m less than or equal to 6.0, preferably with m less than or equal to 4.0, more preferably with m equal to 2.0 and in that the so-called low conductivity layer is a zinc oxide layer doped with (m / p)% by weight of oxide of a doping element with p greater than or equal to 2, preferably with p greater than or equal to 3, more preferably with p greater than or equal to 4.
  • p is preferably less than or equal to 15, more preferably p is less than or equal to 12.
  • the inventors have determined that, surprisingly, such a transparent conductive substrate structure makes it possible to obtain improved electrical properties resulting in an increase in the mobility values of the order of at least a factor of 1.29 compared to transparent conductive substrates based on doped zinc oxide usually used.
  • transparent conductive substrate is meant a substrate whose light absorption is at most 30%, preferably at most 20% in the wavelength range of visible light.
  • a range of wavelengths ranging from wavelengths of near-infrared radiation to those of far-ultraviolet radiation may also define the range of transparency of the electrodes according to the invention.
  • the range of transparency is defined by a range of wavelengths ranging from the near infrared to that of the visible light.
  • the support on which is deposited the conductive coating of the transparent conductive substrate according to the invention is preferably rigid.
  • the function of the support is to support and / or protect the electrode.
  • the support preferably has a geometric thickness of at least 3.85 mm.
  • geometric thickness By the terms “geometrical thickness", one understands the average physical thickness.
  • the support comprises at least one total or partial surface structuring on at least one of the faces of the substrate.
  • the method of structuring the support comprises at least one of the processes selected from etching, rolling and / or laser etching.
  • the chemical etching of the support comprises at least the matting and / or etching (for example by etching with hydrofluoric acid of a silicosodocalcic glass).
  • the rolling method comprises at least the step of structuring the support by the impression impression of a pattern using at least one printing roll.
  • the support may be made of glass, rigid plastics material (for example: organic glass, polycarbonate) or flexible polymeric films (for example: butyral polyvinyl (PVB), polyethylene terephthalate (PET), copolymer of vinyl acetate and ethylene (EVA)).
  • the support is preferably a glass sheet.
  • the glasses are mineral or organic. The mineral glasses are preferred. Among these, the clear or colored silicosodocalcic glasses are preferred in the mass or on the surface. More preferably, they are extra clear silicosodocalcic glasses.
  • extra clear designates a glass containing at most 0.020% by weight of the total Fe glass expressed in Fe 2 O 3 and preferably at most 0.015% by weight, the latter because of its low content of Fe oxide has a low light absorption.
  • the use of the latter therefore makes it possible to obtain a higher transmission in the optoelectronic device incorporating it, more preferentially in the photovoltaic cell.
  • the conductive coating based on doped zinc oxide deposited on the support consists of a stack of at least two layers of different electrical conductivity.
  • the high conductivity layer is a layer based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of the doping element with m less than or equal to 6.0, preferably less than or equal to 4.0, more preferably equal to 2.0.
  • the high conductivity layer is a layer based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of the doping element with m equal to 6.0, preferably with m equal to 4.0, plus preferentially with m equal to 2.0.
  • the so-called low conductivity layer is a layer based on zinc oxide doped with (m / p)% by weight of oxide of the doping element with p greater than or equal to 2, preferably with p greater than or equal to 3 , more preferably with p greater than or equal to 4.
  • the so-called low conductivity layer is a layer based on zinc oxide doped with (m / p)% by weight of oxide of the doping element with p equal to 2, preferably with p equal to 3, more preferably with p equal to 4.
  • the doping elements used for the so-called high conductivity layer and the so-called low conductivity layer may be chemical in nature different, preferably, they are of the same nature.
  • the geometric thickness of the conductive coating based on doped zinc oxide is between 400 nm and 1200 nm.
  • the conductive coating has a surface texturing such that it corresponds to a RMS roughness value in the range of values from 55 nm to 200 nm, preferably at least equal to 55 nm. Such texturing is obtained after acid etching of the coating.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the doping element is selected from Al and / or Ga and / or B.
  • the doping element is Al and / or Ga. More preferably, the dopant is Al.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the so-called high conductivity layer is a layer based on zinc oxide doped with m% by weight of aluminum oxide with m between 1.7 and 3.0 and in that the so-called low conductivity layer is a layer based on zinc oxide doped with (m / p)% by weight of aluminum oxide with m / p of between 0 , 2 and 1,2.
  • the transparent conductive substrate is such that the doping element can be of different nature from one layer to another.
  • the doping element can be of different nature from one layer to another.
  • stacks such as AZO / GZO / AZO /.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the geometric thickness of each layer constituting the conductive coating is between 35 and 200 nm, preferably between 50 and 150 nm.
  • the transparent conductive substrate is such that the conductive coating comprises a so-called high conductivity layer-so-called low conductivity layer stack, said stack being reproduced n times, with n between 2 and 10, preferably with n between 3 and 10, more preferably with n between 5 and 7, most preferably with n equal to 6.
  • n between x and y is understood to mean the fact that n can be equal to any natural integer between the natural integers x and y, these integers x and y being included.
  • the transparent conductive substrate is such that the conductive coating comprises a so-called high conductivity layer-so-called low conductivity layer stack, said stack being reproduced n times, with n being between 2 and 10, preferably with n between 3 and 10, more preferably with n between 5 and 7, most preferably with n equal to 6, the so-called high conductivity layer being, with respect to the support, the layer closest to the so-called layer stack of high conductivity-so-called low conductivity layer.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the conductive coating comprises a so-called low-conductivity so-called high conductivity layer stack, said stack being reproduced n times, with n being between 2 and 10, preferably with n between 3 and 10, more preferably with n between 5 and 7, most preferably with n equal to 6, the so-called low conductivity layer being with respect to the support, the layer closest to the stacking conductivity layer low-layer so-called high conductivity.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the conductive coating comprises a buffer layer based on zinc oxide doped with Al at q% by weight of aluminum oxide with q between 0.5 and 4.0, preferably with q equal to 2.0, said buffer layer being the layer constituting the conductive coating furthest away from the support, the geometrical thickness of the buffer layer being between 100 nm to 500 nm, preferably between 100 nm to 400 nm.
  • the buffer layer advantageously makes it possible to circumscribe the acid attack making it possible to texturize the surface of the conductive coating to this single buffer layer, said buffer layer having a RMS roughness value in the range of values ranging from 55 nm to 200 nm. after texturing, preferably of the order of 55 nm.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the first layer or the last constituting the conductive coating may be of different doping rate.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the conductive coating has a roughness value R.M.S. in the range of values from 55 nm to 200 nm.
  • This roughness R.M.S. quantifies on average the height of the peaks and troughs of roughness, compared to the average height.
  • the apparatus usually used to obtain these measurements is the Atomic Force Microscope (AFM).
  • the roughness R.M.S. Root Mean Square
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that the conductive coating comprises a barrier layer, said barrier layer being the layer of conductive coating closest to the support.
  • the barrier layer makes it possible in particular to protect the optoelectronic device against any migration pollution of alkalis coming from the support, for example of silicosodocalcic glass, and therefore an extension of the service life of the device.
  • the barrier layer comprises at least one compound selected from:
  • titanium oxide zirconium oxide, aluminum oxide, yttrium oxide and the mixture of at least two of them;
  • the barrier layer has a thickness between 50 nm and 300 nm.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises successively from the support: a so-called layer of high conductivity, said layer being based on zinc oxide doped with m% oxide weight of the doping element with m less than or equal to 6, preferably m less than or equal to 4, more preferably with m equal to 2, a so-called low conductivity layer, said layer being based on zinc oxide doped at (m / p)% by weight of the oxide of the doping element with p greater than or equal to 2, preferably p greater than or equal to 3, more preferably with p greater than or equal to 4.
  • n between 2 and 10
  • n is between 3 and 10
  • n is between 5 and 7, most preferably with n being equal to 6
  • said stack having a roughness R.m.s. in the range of values from 55 nm to 200 nm, preferably equal to 55 nm.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises successively from the support:
  • a so-called low conductivity layer said layer being based on zinc oxide doped with (m / p)% by weight of the oxide of the doping element with p greater than or equal to 2, preferably p greater than or equal to 3, more preferably with p greater than or equal to 4.
  • a so-called high conductivity layer said layer being based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of the doping element with m less than or equal to 6, preferably m less than or equal to 4, more preferably with m equal to 2,
  • n is between 2 and 10, preferably between 3 and 10, more preferably with n between 5 and 7, most preferably with n equal to 6, said stack having RMS roughness in the range of values from 55 nm to 200 nm, preferably equal to 55 nm.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises successively from the support:
  • a so-called high conductivity layer on the support said layer being based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of the doping element with m less than or equal to 6, preferably m less than or equal to 4 , more preferably with m equal to 2,
  • a so-called low conductivity layer said layer being based on zinc oxide doped with (m / p)% by weight of the oxide of the doping element with p greater than or equal to 2, preferably p greater than or equal to at 3, more preferably with p greater than or equal to 4.
  • n is between 2 and 10, preferentially with n ranging from 3 to 10, more preferably with n between 5 and 7, more preferably with n equal to 6.
  • the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises successively from the support:
  • a so-called low conductivity layer said layer being based on zinc oxide doped with (m / p)% by weight of the oxide of the doping element with p greater than or equal to 2, preferably p greater than or equal to at 3, more preferably with p greater than or equal to 4.
  • a so-called high conductivity layer on the support said layer being based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of the doping element with m less than or equal to 6, preferably m less than or equal to 4 , more preferably with m equal to 2,
  • n is between 2 and 10, preferably with n being between 3 and 10, more preferably with n between 5 and 7, more preferably with n being equal to 6.
  • the embodiments of the transparent conductive substrate are not limited to the modes described above but may also result from a combination of two or more of them.
  • the second subject of the invention concerns the process for manufacturing the transparent conductive substrate according to the invention.
  • This substrate comprises a support and a conductive coating.
  • the process for producing the transparent conductive substrate according to the invention is a method in which all the layers based on doped zinc oxide constituting the conductive coating are deposited on the support by a cathodic sputtering technique assisted by a field magnetic.
  • the barrier layer can be deposited by any type of vacuum process, such methods are sputtering techniques, possibly assisted by a magnetic field, plasma deposition techniques, deposition techniques.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • the conductive coating is deposited, it is etched by a chemical process using an acid solution at room temperature (of the order of 25 ° C) in order to give the conductive coating a value of RMS roughness in the range of values from 55 nm to 200 nm, preferably of the order of 55 nm.
  • acidic solutions are dilute hydrochloric acid solutions (eg 0.5% by volume HCl).
  • the method of manufacturing the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises the following successive steps: Sputter deposition of a so-called high conductivity layer on the support, said layer being based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of the doping element with m less than or equal to 6, preferably m less than or equal to 4, more preferably with m equal to 2,
  • the method of manufacturing the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises the following successive steps:
  • the method of manufacturing the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises the following successive steps:
  • Sputter deposition of a so-called high conductivity layer on the support said layer being based on zinc oxide doped with m% by weight of oxide of the doping element with m less than or equal to 6, preferably m less than or equal to 4, more preferably with m equal to 2,
  • the method of manufacturing the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises the following successive steps:
  • Sputtering deposition of a so-called low conductivity layer on the support said layer being based on zinc oxide doped with (m / p)% by weight of the oxide of the doping element with p greater than or equal to at 2, preferably p greater than or equal to 3, more preferably with p greater than or equal to 4.
  • Sputtering deposition of a so-called high conductivity layer said layer being based on zinc oxide doped with m% by weight of the oxide of the doping element with m less than or equal to 6, preferably m lower or equal to 4, more preferably with m equal to 2,
  • n is between 2 and 10, preferably with n ranging from 3 to 10, more preferably with n between 5 and 7, most preferably with n equal to 6.
  • the process for manufacturing the transparent conductive substrate according to the invention is such that it comprises between the deposition steps of the high-conductivity layer-layer stack. of low conductivity and the acid etching step, an additional step of sputter deposition of a layer of zinc oxide doped with q% by weight of aluminum oxide with q between 0.5 and 4 , 0, preferably with q equal to 2.0%, the thickness of the layer being between 100 nm and 500 nm, preferably between 100 nm and 400 nm, said layer being the buffer layer.
  • the third object of the invention relates to an optoelectronic device comprising a transparent conductive substrate according to the invention. More particularly, the invention relates to an optoelectronic device as it is a photovoltaic cell.
  • the transparent conductive substrate according to the invention will now be illustrated with the aid of the following figures.
  • the figures show in a nonlimiting manner a number of structures of transparent conductive substrates, more particularly layer stack structures constituting the conductive coating included in the substrate according to the invention. These figures are purely illustrative and do not constitute a presentation at the scale of the structures.
  • Fig. 1 Cross section of a transparent conductive substrate according to the invention, the substrate comprising a conductive coating consisting of a stack comprising 13 layers, 12 layers representing the alternating so-called high conductivity layer - low conductivity layer, the stack being surmounted by a buffer layer of the same thickness as alternate layers.
  • Fig. 2 Cross-section of a transparent conductive substrate according to the invention, the substrate comprising a conductive coating consisting of a stack comprising 9 layers, 8 layers representing the alternating so-called layer of high conductivity - low conductivity layer, the stacking being surmounted by a buffer layer thicker than the alternating layers.
  • Fig. 3 Cross-section of a transparent conductive substrate according to the invention, the substrate comprising a conductive coating consisting of a stack comprising 10 layers, 1 barrier layer, 8 layers representing the so-called high conductivity layer alternation - low conductivity layer the stack being surmounted by a thicker buffer layer than the alternating layers.
  • Fig. 4 Schematic representation of the pilot line with which the transparent conductive substrate according to the invention has been manufactured.
  • FIG. 1 represents an example of a stack constituting a transparent conductive substrate according to the invention.
  • the transparent conductive substrate (1) has the following structure from the support (10):
  • a stack comprising 12 layers representing the so-called high conductivity layer alternation (12) - low conductivity layer (13),
  • the stack being surmounted by a buffer layer of the same thickness as the alternating layers (14)
  • FIG. 2 represents an example of a stack constituting a transparent conductive substrate according to the invention.
  • the conductive substrate transparent (1) has the following structure from the support (10):
  • a stack comprising 8 layers representing the so-called high conductivity layer alternation (12) - low conductivity layer (13),
  • the stack being surmounted by a buffer layer of the same thickness as the alternating layers (14)
  • FIG. 3 represents an example of a stack constituting a transparent conductive substrate according to the invention.
  • the transparent conductive substrate (1) has the following structure from the support (10):
  • a stack comprising 8 layers representing the so-called high conductivity layer alternation (12) - low conductivity layer (13),
  • Figure 4 schematically shows the pilot line with which the transparent conductive substrate according to the invention has been manufactured.
  • This consists of an airlock (5), a heating zone (20) comprising a heating system (2) and a deposition zone (30) comprising two targets (3, 3 ') in ZnO doped.
  • the distance 5 represents the distance separating the heating system and the target, this is of the order of 600 mm.
  • the heating system has two infrared lamps.
  • Table 1 shows two columns, the first column shows the various steps of the method of manufacturing a transparent conductive substrate according to the invention, the second column shows the speeds of moving the glass for each step of the method of manufacturing a transparent conductive substrate according to the invention.
  • the deposit is from zinc oxide (ZnO) ceramic target doped with aluminum oxide (Al 2 O 3 ) according to different doping levels (% by weight).
  • the sputtering power applied to the cathode is 2 kW.
  • the sputtering gases are Ar and O 2 .
  • O 2 is introduced in a very small percentage. By very low percentage is meant to denote a percentage between 0% and 0.07%.
  • the deposition is carried out under a total pressure of the order of 0.53 Pascal.
  • the conductive coating is manufactured using several successive deposits.
  • the heating system (2) of the heating zone (20) is used to heat the glass at a temperature between 250 ° C and 400 ° C, preferably at a temperature of 350 ° C.
  • the transparent conductive substrate according to the invention will be illustrated by a number of examples.
  • Zinc oxide (ZnO) doped with aluminum is commonly abbreviated as AZO.
  • the percentage by weight (%) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is also presented.
  • Table 2 shows the optical and electrical properties of a substrate according to the invention, Example 1, and two comparative examples not according to the invention, Examples 1R and 2R.
  • Example 1 is a transparent conductive substrate constituted of a clear 3.85 mm thick silica-lime glass coated with alternating layers of AZO 0.5% by weight Al 2 O 3 and AZO 2.0 % by weight of Al 2 O 3 .
  • the layer is composed of alternating AZO of different dopings. Except for the very first layer which measures about 35 nm in AZO 2.0% by weight of Al 2 O 3 , the other layers have a thickness of about 70 nm. This corresponds to a round trip under the cathode.
  • the total thickness of the conductive coating is about 875 nm.
  • Example 1R is a transparent conductive substrate not according to the invention consisting of a silicosodocalcic glass covered by a layer made solely of AZO 0.5% by weight of Al 2 O 3 having a thickness of the order of 700 nm.
  • Example 2R is a transparent conductive substrate not according to the invention consisting of a silicosodocalcic glass covered by a layer made solely of AZO 2% by weight of Al 2 O 3 having a thickness of the order of 700 nm .
  • the comparison of optical and electrical properties shows that:
  • Example 2R ⁇ 2% Al 2 O 3 (example 2R) has a lower value (76.1%) than ⁇ 0.5% Al 2 O 3 (example 1R) (80, 1%).
  • Example 1 has a slightly higher (80.8%) transmission at ⁇ -0.5% Al 2 O 3 . This can be explained by a slightly lower total thickness for Example 1. o The veil is very weak (0.4 to 0.9%) for the three examples
  • Example 1 shows an intermediate resistance between the respective resistors of Example 1R and 2R.
  • the mobility remains surprisingly high (34.3 cm 2 / Vs) (Example 1) compared to the mobilities measured on Comparative Examples 1R and 2R (20.5 and 24.9 cm 2 / Vs).
  • Example 2R has a lower transmission value (80.6%) than Example 1 R (84.3%).
  • Example 1 has an intermediate transmission (82.0%).
  • the optical values as well as the haze were measured by an Ultra-Scan Pro spectrophotometer apparatus from the firm Hunterlab.
  • the transmission values (TIM) take into account the wavelengths useful for the power generation of the photovoltaic cell (between 400 nm and 1050 nm for tandem cells).
  • the measurement is carried out in a submerged cell: a liquid of refractive index intermediate between the TCO and the glass is placed during the measurement. This method of measurement is used when the veil is too important for a correct measurement (diffusion incident light). This measurement method makes it possible to avoid any loss of light as a result of the veil.
  • the haze is defined according to ASTMD 10003, which defines the haze as the percentage of light passing through the substrate which is deflected from the incident light beam at an angle greater than 2.5 degrees on average.
  • the haze can be measured by methods known in the art.
  • the electrical properties were measured by the Hall probe method (4 points).
  • Table 3 shows the optical and electrical properties of a substrate according to the invention, Example 1, and two comparative examples not in accordance with the invention, Examples 3R and 4R.
  • the following table compares the stack targeted by the invention with commercial samples (VU (Example 3R) and AN14 (Example 4R) from AGC Solar). Unlike other deposits, the VU is deposited on an extra-clear glass. These commercial samples are made by the pyrolytic technique (CVD) and do not undergo acid attack.
  • CVD pyrolytic technique
  • Example 1 has a resistance per square lower than Examples 3R and 4R.
  • an alternative contemplated by the invention is shown in FIG. 2. In this case, an alternation of low and high doping layers is overcome by a buffer layer of AZO generating an adequate microstructure of the TCO after acid attack.
  • microstructures is obtained after acid attack of a layer of AZO 2% by weight of Al 2 O 3 , it would therefore have a more adequate light distribution
  • suitable microstructure is meant the microstructures recommended in the articles of Kluth et al., Thin Solid Films, 442, (2003), 80, 5836; Berginski et al., J. Appl. Phys., 101, 074903 (2007) and Rech B. et al., Thin Solid Films, 511-512 (2006), 548.
  • sufficient thickness is meant a thickness such that the buffer layer remains after attack.
  • Such thicknesses correspond to buffer layer thickness values before acid attack ranging from 100 to 500 nm, preferably ranging from 100 to 400 nm. Furthermore, depending on the desired microstructure, the doping rate of the last layer can be adapted. AZO 2% by weight of aluminum oxide thus have a more adequate light distribution for a photovoltaic application.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)

Abstract

Substrat conducteur transparent pour dispositif optoélectronique comprenant un support et un revêtement conducteur à base d'oxyde de zinc dopé, ledit revêtement étant constitué d'un empilement d'au moins deux couches de conductivité électrique différente, une couche dite de conductivité élevée et une couche dite de conductivité faible, tel que la couche dite de conductivité élevée est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde d'un élément dopant avec m inférieur ou égal à 6 et en ce que la couche dite de conductivité faible est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids d'oxyde d'un élément dopant avec p supérieur ou égal à 2.

Description

Substrat conducteur transparent pour dispositifs
optoélectroniques
La présente invention se situe dans le domaine technique des substrats conducteurs transparents pour dispositifs optoélectroniques.
La présente invention se rapporte à un substrat transparent, notamment en verre, muni d'un revêtement conducteur pour dispositifs optoélectroniques, au procédé de fabrication de ce substrat conducteur transparent ain s i q u ' a u x dispositifs optoélectroniques dans lesquels ce substrat conducteur transparent est incorporé.
Le substrat conducteur transparent dont il est fait référence dans la présente invention peut être utilisé comme électrode permettant l'extraction ou l'injection de charges dans les dispositifs optoélectroniques tels que les dispositifs organiques électroluminescents connus sous l'acronyme OLED (Organic Light Emitting Device) ou bien les dispositifs collecteurs de lumière tels que les cellules photovoltaïques encore dénommées cellule solaire . L'invention s'intéresse plus particulièrement aux cellules photovoltaïques à base de Si en couches minces.
Il existe différent types de cellules photovoltaïques parmi celles-ci on trouve les cellules à base de films de Si. Dans l'état actuel de la technique, les dispositifs optoélectroniques en couches mince, ayant typiquement une épaisseur inférieure à 10 /xm, sont constitués d'un substrat conducteur transparent, souple ou rigide et, déposé sur celui-ci, d'une couche optoélectroniquement active formée d'un matériau semi-conducteur inorganique ou, plus rarement, organique, et contactée de part et d'autre par deux électrodes dont l'une au moins transp are nte . La co u ch e d e sem i-conducteur est généralement constituée de l'empilement d'une couche de type p, d'une couche active et d'une couche de type n, formant ensemble une jonction p-i-n ou n-i-p. Le matériau utilisé est principalement le silicium amorphe ou microcristallin. Dans le premier cas, le domaine utile d'absorption des photons dans l'absorbant se situe entre 400 nm et 550 nm. Pour les cellules tandem, ce domaine utile d'absorption est élargi et couvre 400 nm à 1100 nm.
Le substrat conducteur transparent comprend un support muni d'un revêtement conducteur, ce revêtement conducteur étant plus souvent appelé par les spécialistes TCO (de l' anglais Transparent Çonductive Oxide), ledit support étant de préférence un support en verre. A l'heure actuelle, deux techniques industrielles principales sont utilisées pour la réalisation de TCO. La première technique est une méthode de pyrolyse en phase gazeuse (souvent dénommée par l'abréviation CVD, Chemical Vapor Déposition). Des précurseurs organométalliques réagissent en phase gazeuse à haute température ( > 600°C) et un dépôt se forme à la surface du verre. Le matériau le plus souvent déposé est à base d ' oxyde d 'étain dopé au fluor ou à l'antimoine. Cette technique permet d'obtenir des couches ayant des propriétés électriques et optiques adéquates. Avantageusement, cette technique est appliquée directement après la formation du verre (dans l'unité de production appelé float). Cette méthode est alors appelée « on-line ».
Une autre méthode, dite « off-line », consiste à déposer un matériau à la surface du support par procédé sous vide, ledit support étant de préfére n ce e n verre. La pulvérisation cathodique (éventuellement assistée d'un champ magnétique) est un procédé industriel bien connu dans la fabrication de couches pour les vitrages utilisés dans le domaine résidentiel (maisons individuels) ou dans le domaine architectural (buildings et grande construction). Selon le choix des matériaux déposés, les dépôts sur le verre permettent d'obtenir des propriétés d'isolation thermique (basse émissivité) ainsi que certaines teintes désirées. De manière générale, ce type de dépôt se réalise à froid . D ans le cadre de la ré alisation de TCO par pulvérisation cathodique, il est nécessaire de chauffer durant la phase de croissance de la couche afin d'obtenir la bonne phase cristallographique. Des recuits sous atmosphère contrôlée sont également envisageables. Précédemment, le matériau le plus utilisé avec le procédé de pulvérisation cathodique était l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Cependant, la raréfaction de l'indium augmente fortement le coût de ce matériau et des alternatives sont désormais envisagées. L'oxyde de zinc, ZnO, est un composé prometteur. En effet, d'un comportement peu conducteur à l'état pur, la résistivité diminue rapidement avec l'ajout d'un dopant tel que l'Ai, le Ga, le B.
Par ailleurs, afin de limiter les coûts de fabrication du dispositif optoélectronique, la couche active doit être relativement mince (entre 100 nm et quelques microns). Cependant, une telle couche conduit à une quantité de lumière absorbée faible et par conséquent à une efficacité réduite. Pour compenser, cet effet, il est donc nécessaire d'augmenter au maximum le trajet optique de la lumière au sein de la couche active. Ceci est généralement réalisé » par l'emploi d'un substrat - ou couche - TCO texturé, permettant de diffuser ou de diffracter la lumière, dans la couche active.
En CVD, la texturation ou voile est produit directement l o r s d e l a f o rm ati o n d u d é p ô t. En pulvérisation cathodique (éventuellement assistée d'un champ magnétique), le TCO obtenu n'est pas suffisamment texturé. Ainsi le document DE 197 13 215 décrit une cellule solaire d o nt le support est recouvert d'une couche TCO, avantageusement en oxyde de zinc (ZnO), formée par pulvérisation cathodique dans une atmosphère d'argon à partir d'une cible de ZnO dopée à l'aluminium. Afin de conférer une rugosité à cette couche TCO, normalement sans aspérités, elle est attaquée soit par un procédé chimique à l' aide d ' une solution acide, soit par un procédé électrochimique (attaque anodique ou attaque ionique réactive). L'attaque peut se faire pendant ou après le dépôt de la couche.
L'invention a pour but de fournir un substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques qui est une alternative par rapport aux substrats existants. Plus particulièrement, il s'agit de fournir un substrat conducteur transparent pour cellules photovoltaïques ainsi que son procédé de fabrication.
Un second but que se fixe la présente invention est de fournir une cellule photovoltaïque incorporant le substrat conducteur transparent. A cette fin l'invention concerne un substrat conducteur transparent pour dispositif optoélectronique comprenant un support et un revêtement conducteur à base d'oxyde de zinc dopé, ledit revêtement étant constitué d'un empilement d'au moins deux couches de conductivité électrique différente, une couche dite de conductivité électrique élevée et une couche dite de conductivité électrique faible, tel que la couche dite de conductivité électrique élevée est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde d'un élément dopant avec m inférieur ou égal à 6,0, préférentiellement avec m inférieur ou égal à 4,0, plus préférentiellement avec m égal à 2,0 et en ce que la couche dite de conductivité faible est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids d'oxyde d'un élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement avec p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4. Afin toutefois d'obtenir une conductivité suffisante de ladite couche de conductivité faible, p est préférentiellement inférieur ou égal à 15, plus préférentiellement p est inférieur ou égal à 12. Les inventeurs ont déterminé que, de manière surprenante, de telle structure de substrat conducteur transparent permettaient d'obtenir des propriétés électriques améliorées se traduisant par une augmentation des valeurs de mobilité de l'ordre d'au minimum un facteur 1,29 par rapport aux substrats conducteurs transparents à base d'oxyde de zinc dopé habituellement utilisés.
Par substrat conducteur transparent, on entend désigner un substrat dont l'absorption lumineuse est d'au plus 30%, préférentiellement d'au plus 20% dans le domaine de longueurs d'onde de la lumière visible. Une gamme de longueurs d'onde allant des longueurs d'onde du rayonnement infrarouge proche à celles du rayonnement ultraviolet lointain peut aussi définir le domaine de transparence des électrodes selon l'invention. En particulier, dans le cas d'une cellule photovoltaïque organique, le domaine de transparence est défini par une gamme de longueurs d'onde allant de l'infrarouge proche à celle de la lumière visible.
Le support sur lequel est déposé le revêtement conducteur du substrat conducteur transparent selon l'invention est préférentiellement rigide. La fonction du support est de supporter et/ou de protéger l'électrode. Le support a de préférence une épaisseur géométrique d'au moins 3,85 mm. Par les termes « épaisseur géométrique », on comprend l'épaisseur physique moyenne. Selon un mode particulier de réalisation, le support comprend au moins une structuration totale ou partielle en surface sur au moins une des faces du substrat. Généralement, le procédé de structuration du support comprend au moins un des procédés sélectionnés parmi l'attaque chimique, le laminage et/ou la gravure laser. L'attaque chimique du support comprend au moins le matage et/ou la gravure (par exemple par attaque au moyen d'acide fluorhydrique d'un verre silicosodocalcique). Le procédé de laminage comprend au moins l'étape de structuration du support par l'empreinte sous pression d'un motif à l'aide d'au moins un rouleau imprimeur. Le support peut être en verre, en matière plastique rigide (par exemple : verre organique, polycarbonate) ou en films polymériques souples (par exemple : butyral de polyvinyle (PVB), polyéthylène téréphtalate (PET), copolymère d'acétate de vinyle et d'éthylène (EVA)). Le support est préférentiellement une feuille de verre. Les verres sont minéraux ou organiques. Les verres minéraux sont préférés. Parmi ceux-ci, on préfère les verres silicosodocalciques clairs ou colorés dans la masse ou en surface. Plus préférentiellement, ce sont des verres silicosodocalciques extra clairs. Le terme extra clair désigne un verre contenant au plus 0,020% en poids du verre de Fe total exprimé en Fe2O3 et de préférence au plus 0,015% en poids, ce dernier du fait de sa faible teneur en oxyde de Fe présente une faible absorption lumineuse. L'utilisation de ce dernier permet donc d'obtenir une transmission plus élevée dans le dispositif optoélectronique l'incorporant, plus préférentiellement dans la cellule photovoltaïque.
Le revêtement conducteur à base d'oxyde de zinc dopé déposé sur le support est constitué d'un empilement d'au moins deux couches de conductivité électrique différente. Une couche dite de conductivité élevée à base d'oxyde de zinc dopé et une couche dite de conductivité faible à base d'oxyde de zinc dopé. La couche de conductivité élevée est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6,0, préférentiellement inférieur ou égal à 4,0, plus préférentiellement égal à 2,0. De préférence, la couche de conductivité élevée est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m égal à 6,0, préférentiellement avec m égal à 4,0, plus préférentiellement avec m égal à 2,0. La couche dite de conductivité faible est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement avec p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4. De préférence, la couche dite de conductivité faible est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec p égal à 2, préférentiellement avec p égal à 3, plus préférentiellement avec p égal à 4. Les éléments dopants utilisés pour la couche dite de conductivité élevée et la couche dite de conductivité faible peuvent être de nature chimique différente, de préférence, ils sont de même nature. L'épaisseur géométrique du revêtement conducteur à base d'oxyde de zinc dopé est comprise entre 400 nm et 1200 nm. Avantageusement, le revêtement conducteur présente une texturation de surface telle qu'elle correspond à une valeur de rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de préférence au moins égale à 55 nm. Une telle texturation est obtenue après attaque acide du revêtement.
Selon un mode particulier de réalisation du mode précédent, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel que l'élément dopant est sélectionné parmi l'Ai et/ou le Ga et/ou le B. De manière préférée, l'élément dopant est l'Ai et/ou le Ga. De manière plus préférée, le dopant est l'Ai.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel que la couche dite de conductivité élevée est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde d'aluminium avec m compris entre 1,7 et 3,0 et en ce que la couche dite de conductivité faible est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids d'oxyde d'aluminium avec m/p compris entre 0,2 et 1,2.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent est tel que l'élément dopant peut être de nature différente d'une couche à l'autre. Dans ce cas de figure, on peut obtenir des empilements tels que AZO/GZO/AZO/.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent selon l'invention, est tel que l'épaisseur géométrique de chaque couche constituant le revêtement conducteur est comprise entre 35 et 200 nm, préférentiellement entre 50 et 150 nm.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent est tel que le revêtement conducteur comprend un empilement couche dite de conductivité élevée-couche dite de conductivité faible, ledit empilement étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement avec n compris entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, le plus préférentiellement avec n égal à 6. Par les termes « n compris entre x et y», on entend désigner le fait que n peut être égal à n'importe quel entier naturel compris entre les entiers naturels x et y, ces entiers x et y entiers étant inclus.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent est tel que le revêtement conducteur comprend un empilement couche dite de conductivité élevée-couche dite de conductivité faible, ledit empilement étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement avec n compris entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, le plus préférentiellement avec n égal à 6, la couche dite de conductivité élevée étant, par rapport au support, la couche la plus proche de l'empilement couche dite de conductivité élevée-couche dite de conductivité faible.
Selon un autre mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel que le revêtement conducteur comprend un empilement couche dite de conductivité faible-couche dite de conductivité élevée, ledit empilement étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement avec n compris entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, le plus préférentiellement avec n égal à 6, la couche dite de conductivité faible étant par rapport au support, la couche la plus proche de l'empilement couche de conductivité faible-couche dite de conductivité élevée. Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel que le revêtement conducteur comprend une couche tampon à base d'oxyde de zinc dopé à l'Ai à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, préférentiellement avec q égal à 2,0, ladite couche tampon étant la couche constituant le revêtement conducteur la plus éloignée par rapport au support, l'épaisseur géométrique de la couche tampon étant comprise entre 100 nm à 500 nm, préférentiellement entre 100 nm à 400 nm. La couche tampon permet avantageusement de circonscrire l'attaque acide permettant d'obtenir une texturation de la surface du revêtement conducteur à cette seule couche tampon, ladite couche tampon présentant une valeur de rugosité R.M.S. dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm après texturation, de préférence de l'ordre de 55 nm.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel que la première couche ou la dernière constituant le revêtement conducteur peuvent être de taux de dopages différents.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel que le revêtement conducteur présente une valeur de rugosité R.M.S. dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm. Cette rugosité R.M.S. quantifie en moyenne la hauteur des pics et des creux de rugosité, par rapport à la hauteur moyenne. L'appareillage habituellement utilisé pour obtenir ces mesures est le Microscope à Force Atomique (AFM). La rugosité R.M.S. (de l'anglais Root Mean Square) est une mesure consistant à mesurer l'écart quadratique moyen de la rugosité.
Selon un mode particulier de réalisation, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel que le revêtement conducteur comprend une couche barrière, ladite couche barrière étant la couche du revêtement conducteur la plus proche par rapport au support. La couche barrière permet notamment une protection du dispositif optoélectronique contre toute pollution par migration d'alcalins venant du support, par exemple en verre silicosodocalcique, et donc un allongement de la durée de vie du dispositif. La couche barrière comprend au moins u composé sélectionné parmi :
• l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde d'yttrium ainsi que le mélange d'au moins deux d'entre eux ;
• l'oxyde mixte de zinc-étain, de zinc-aluminium, de zinc-titane, de zinc- indium, d'étain-indium ;
• le nitrure de silicium, l'oxynitrure de silicium, l'oxycarbure de silicium, l'oxycarbonitrure de silicium, le nitrure d'aluminium, l'oxynitrure d'aluminium ainsi que le mélange d'au moins deux d'entre eux ; · cette couche barrière étant éventuellement dopée ou alliée à l'étain.
La couche barrière a une épaisseur comprise entre 50 nm et 300 nm.
Selon un mode de réalisation particulier, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend successivement à partir du support : · une couche dite de conductivité élevée, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2, une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4. l'empilement résultant des deux dépôts précédent étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, le plus préférentiellement avec n égal à 6, ledit empilement présentant une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de préférence égale à 55nm.
Selon un mode de réalisation particulier, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend successivement à partir du support :
• une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p) % en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4.
• une couche dite de conductivité élevée, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2,
• l'empilement résultant des deux dépôts précédent étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, le plus préférentiellement avec n égal à 6, ledit empilement présentant une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de préférence égale à 55nm.
Selon un mode de réalisation particulier, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend successivement à partir du support :
• une couche dite de conductivité élevée sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2,
• une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4.
• l'empilement résultant des deux dépôts précédent étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement avec n compris entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, plus préférentiellement avec n égal à 6.
une couche d'oxyde de zinc dopé à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, préférentiellement avec q égal à 2,0, l'épaisseur de la couche étant comprise entre 100 nm et 500 nm, préférentiellement entre 100 nm et 400 nm, ladite couche étant la couche tampon, ladite couche présentant une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de l'ordre de 55 nm
Selon un mode de réalisation particulier, le substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend successivement à partir du support :
· une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4.
· une couche dite de conductivité élevée sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2,
· l'empilement résultant des deux dépôts précédent étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement avec n compris entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, plus préférentiellement avec n égal à 6.
· une couche d'oxyde de zinc dopé à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, préférentiellement avec q égal à 2,0, l'épaisseur de la couche étant comprise entre 100 nm et 500 nm, préférentiellement entre 100 nm et 400 nm, ladite couche étant la couche tamp on , ladite couche présentant une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de l'ordre de 55 nm
Les modes de réalisation du substrat conducteur transparent ne se limitent pas aux modes exposés ci-avant mais peuvent également résulter d'une combinaison de deux ou plusieurs d'entre eux. Le deuxième objet de l'invention concerne le procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon l'invention. Ce substrat comprend un support et un revêtement conducteur. Le procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon l'invention est un procédé selon lequel l'ensemble des couches à base d'oxyde de zinc dopé constituant le revêtement conducteur sont déposées sur le support par une technique de pulvérisation cathodique assistée d'un champ magnétique. Lorsqu'elle est présente, la couche barrière peut être déposée par tout type de procédés sous vide, de tels procédés sont les techniques de pulvérisation cathodique, éventuellement assistée d'un champ magnétique, les techniques de dépôt utilisant un plasma, les techniques de dépôt de type CVD (Chemical Vapor Déposition) et/ou PVD (Physical Vapor Déposition). Une fois le revêtement conducteur déposé, celui-ci est soumis à une attaque par un procédé chimique à l'aide d'une solution acide à température ambiante (de l'ordre de 25°C) afin de conférer au revêtement conducteur une valeur de rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, préférentiellement de l'ordre de 55 nm. Des exemples de solutions acides sont des solutions d'acide chlorhydrique dilué (p. ex. HC1 0,5 % en volume).
Selon un mode préféré de mise en oeuvre, le procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend les étapes successives suivantes : • Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4.
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche d'oxyde de zinc dopé à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, préférentiellement avec m égal à 2,0, l'épaisseur de la couche étant comprise entre 100 nm et 500 nm, préférentiellement entre 100 nm et 400 nm, ladite couche étant la couche tampon.
• Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de préférence de l'ordre de 55 nm, par exemple à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique dilué à 0,5% en volume durant 10, 20 ou 30 s à température ambiante
Selon un autre mode préféré de mise en oeuvre, le procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend les étapes successives suivantes :
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4.
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche d'oxyde de zinc dopé à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, préférentiellement avec m égal à 2,0, l'épaisseur de la couche étant comprise entre 100 nm et 500 nm, préférentiellement entre 100 nm et 400 nm, ladite couche étant la couche tampon.
• Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de préférence de l'ordre de 55nm, par exemple à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique dilué à 0,5% en volume durant 10, 20 ou 30 s à température ambiante.
Selon un autre mode préféré de mise en oeuvre, le procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend les étapes successives suivantes :
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2 , préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4.
• L'empilement résultant des deux dépôts précédent étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement avec n compris entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, plus préférentiellement avec n égal à 6.
• Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de l'ordre de 55 nm, par exemple à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique dilué à 0,5% en volume durant 10s, 20s ou 30s à température ambiante.
Selon un autre mode préféré de mise en oeuvre, le procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend les étapes successives suivantes :
Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2, préférentiellement p supérieur ou égal à 3, plus préférentiellement avec p supérieur ou égal à 4.
Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, préférentiellement m inférieur ou égal à 4, plus préférentiellement avec m égal à 2,
L'empilement résultant des deux dépôts précédents étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, préférentiellement avec n compris entre 3 et 10, plus préférentiellement avec n compris entre 5 et 7, le plus préférentiellement avec n égal à 6.
• Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm, de l'ordre de 55nm, par exemple à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique dilué à 0,5% en volume durant 10 s, 20 s ou 30 s à température ambiante
Selon un mode de mise en oeuvre alternatif aux deux modes de mise en oeuvre précédent, le procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon l'invention est tel qu'il comprend entre les étapes de dépôt de l'empilement couche de conductivité élevée -couche de conductivité faible et l'étape d'attaque acide, une étape additionnelle de dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche d'oxyde de zinc dopé à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, préférentiellement avec q égal à 2,0%, l'épaisseur de la couche étant comprise entre 100 nm et 500 nm, préférentiellement entre 100 nm et 400 nm, ladite couche étant la couche tampon.
Le troisième objet de l'invention concerne un dispositif optoélectronique comprenant un substrat conducteur transparent selon l'invention. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif optoélectronique tel qu'il est une cellule photovoltaïque.
Le substrat conducteur transparent conforme à l'invention sera maintenant illustré à l'aide des figures suivantes. Les figures présentent de manière non limitative un certain nombre de structures de substrats conducteurs transparents, plus particulièrement de structures d'empilements de couches constituant le revêtement conducteur compris dans le substrat selon l'invention. Ces figures sont purement illustratives et ne constituent pas une présentation à l'échelle des structures.
Fig. 1 : Coupe transversale d'un substrat conducteur transparent selon l'invention, le substrat comprenant un revêtement conducteur constitué d'un empilement comprenant 13 couches, 12 couches représentant l'alternance couche dite de conductivité élevée - couche de conductivité faible, l'empilement étant surmonté d'une couche tampon de même épaisseur que les couches alternées.
Fig. 2 : Coupe transversale d'un substrat conducteur transparent selon l'invention, le substrat comprenant un revêtement conducteur constitué d'un empilement comprenant 9 couches, 8 couches représentant l'alternance couche dite de conductivité élevée - couche de conductivité faible, l'empilement étant surmonté d'une couche tampon plus épaisse que les couches alternées.
Fig. 3 : Coupe transversale d'un substrat conducteur transparent selon l'invention, le substrat comprenant un revêtement conducteur constitué d'un empilement comprenant 10 couches, 1 couche barrière , 8 couches représentant l'alternance couche dite de conductivité élevée - couche de conductivité faible, l'empilement étant surmonté d'une couche tampon plus épaisse que les couches alternées.
Fig. 4 : Représentation schématique de la ligne pilote avec laquelle le substrat conducteur transparent selon l'invention a été fabriqué.
La figure 1 représente un exemple d'empilement constituant un substrat conducteur transparent selon l'invention. Le substrat conducteur transparent (1) présente la structure suivante à partir du support (10) :
• Un empilement comprenant de 12 couches représentant l'alternance couche dite de conductivité élevée (12) - couche de conductivité faible (13),
• l'empilement étant surmonté d'une couche tampon de même épaisseur que les couches alternées (14)
La figure 2 représente un exemple d'empilement constituant un substrat conducteur transparent selon l'invention. Le substrat conducteur transparent (1) présente la structure suivante à partir du support (10) :
• Un empilement comprenant de 8 couches représentant l'alternance couche dite de conductivité élevée (12) - couche de conductivité faible (13),
• l'empilement étant surmonté d'une couche tampon de même épaisseur que les couches alternées (14)
La figure 3 représente un exemple d'empilement constituant un substrat conducteur transparent selon l'invention. Le substrat conducteur transparent (1) présente la structure suivante à partir du support (10) :
• Une couche barrière (11)
• Un empilement comprenant de 8 couches représentant l'alternance couche dite de conductivité élevée (12) - couche de conductivité faible (13),
• l'empilement étant surmonté d'une couche tampon de même épaisseur que les couches alternées (14).
La figure 4 représente de manière schématique la ligne pilote avec laquelle le substrat conducteur transparent selon l'invention a été fabriqué. Celle-ci est constituée d'un sas (5), d'une zone de chauffage (20) comprenant un système de chauffage (2) et d'une zone de dépôt (30) comprenant deux cibles (3, 3') en ZnO dopé. La distance 5 représente la distance séparant le système de chauffage et la cible, celle-ci est de l'ordre de 600 mm. Le système de chauffage comporte deux lampes infrarouges.
Les différentes étapes du procédé de déposition sont résumées dans le tableau 1. Le tableau 1 présente deux colonnes, la première colonne présente les différentes étapes du procédé de fabrication d'un substrat conducteur transparent selon l'invention, la seconde colonne reprend les vitesses de déplacement du verre pour chaque étape du procédé de fabrication d'un substrat conducteur transparent selon l'invention. Le dépôt est à partir de cible céramique d'oxyde de zinc (ZnO) dopé avec de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) selon différent taux de dopage (% en poids). La puissance de pulvérisation appliquée sur la cathode est de 2 kW. Les gaz de pulvérisation sont de l'Ar et de l'O2. L'O2 est introduit en très faible pourcentage. Par de très faible pourcentage, on entend désigner un pourcentage compris entre 0% et 0,07%. La déposition est effectuée sous une pression totale de l'ordre de 0,53 Pascal. Une programmation a été réalisée de manière à minimiser les distances entre la zone de chauffage et la zone de dépôt. Le revêtement conducteur est fabriqué à l'aide de plusieurs dépôts successifs. Le système de chauffage (2) de la zone de chauffage (20) permet de chauffer le verre à une température comprise entre 250 °C et 400°C, de préférence à une température de 350°C.
Tableau 1:
Le substrat conducteur transparent selon l'invention sera illustré par un certain nombre d'exemples. L'oxyde de zinc (ZnO) dopé à l'aluminium est communément abrévié AZO. Le pourcentage en poids (%) d'oxyde d'aluminium (Al2O3) est également présenté. Le tableau 2 présente les propriétés optiques et électriques d'un substrat conforme à l'invention, exemple 1, et de deux exemples comparatifs non conformes à l'invention, exemples 1R et 2R.
L'exemple 1 est un substrat conducteur transparent constitué d'un verre silicosodocalcique clair d'une épaisseur de 3,85 mm recouvert par une alternance de couches constituée d'une couche en AZO 0,5% en poids d'Al2O3 et d'une couche en AZO 2,0% en poids d'Al2O3. La couche est donc composée d'une alternance d'AZO de différents dopages. Excepté la toute première couche qui mesure 35 nm environ en AZO 2,0% en poids d'Al2O3, les autres couches ont une épaisseur de 70 nm environ. Ceci correspond à un aller-retour sous la cathode. L'épaisseur totale du revêtement conducteur est de 875 nm environ. L'exemple 1R est un substrat conducteur transparent non conforme à l'invention constitué d'un verre silicosodocalcique recouvert par une couche faite uniquement d'AZO 0,5% en poids d'Al2O3 ayant une épaisseur de l'ordre de 700 nm. L'exemple 2R est un substrat conducteur transparent non conforme à l'invention constitué d'un verre silicosodocalcique recouvert par une couche faite uniquement d'AZO 2% en poids d'Al2O3 ayant une épaisseur de l'ordre de 700 nm. La comparaison des propriétés optiques et électrique montre que :
• avec l'empilage alternant les deux dopages d'AZO (exemple 1), nous pouvons observer avant décapage:
o une résistance par carré (62,0 ohm/a ) se situant entre les exemples comparatifs 1R (AZO 0,5% (33,2 ohm/a ) ) et 2R (AZO 2% (5,6 ohm/n)).
o une mobilité étonnamment haute (34,1 cm2/V.s) (exemple 1 ) comparée aux mobilités mesurées sur les exemples comparatifs 1R et 2R (26,5 cm2/V.s).
o pour la transmission, ΓΑΖΟ 2% d'Al2O3 (exemple 2R) présente une valeur plus faible (76.1%) que ΓΑΖΟ 0,5% d'Al2O3 (exemple 1R) (80, 1%). L'exemple 1 possède une transmission légèrement supérieure (80,8 %) à ΓΑΖΟ- 0,5% d'Al2O3. Ceci peut s'expliquer par une épaisseur totale légèrement plus faible pour l'exemple 1. o Le voile est très faible (0,4 à 0,9%) pour les trois exemples
• après traitement dans l'HCl dilué, les tendances restent globalement identiques : L'exemple 1 présente une résistance intermédiaire située entre les résistances respectives de l'exemple 1R et 2R. La mobilité reste étonnamment haute (34,3 cm2/V.s) (exemple 1) comparée aux mobilités mesurée sur les exemples comparatifs 1R et 2R (20,5 et 24,9 cm2/V.s). l'exemple 2R présente une valeur de transmission plus faible (80,6%) que l'exemple 1 R (84,3%). L'exemple 1 possède une transmission intermédiaire (82,0 %).
Il semble donc que l'alternance de couches d'AZO de différents dopages présente une combinaison des avantages de deux dopages différents. De plus, la mobilité est et reste étonnamment haute (même après décapage). Néanmoins, le voile reste limité lors de l'alternance des couches AZO. Il semble donc que la multiplication des interfaces influence le processus de décapage.
Tableau 2:
Les valeurs optiques ainsi que le voile (haze en anglais) ont été mesurés par un appareillage spectrophotomètre Ultra-Scan Pro de la firme Hunterlab. Les valeurs de transmission (TIM) tiennent compte des longueurs d'ondes utiles à la production de puissance de la cellule photovoltaïque (entre 400 nm et 1050 nm pour des cellules tandem). La mesure est réalisée dans une cellule immergée : un liquide d'indice de réfraction intermédiaire entre le TCO et le verre est placé lors de la mesure. Cette méthode de mesure est utilisée lorsque le voile est trop important pour une mesure correcte (diffusion de la lumière incidente). Cette méthode de mesure permet de ne pas avoir de perte de lumière suite au voile. Le voile est défini selon la norme ASTMD 10003 qui définit le voile comme le pourcentage de lumière qui en passant au travers du substrat est dévié du faisceau lumineux incident à un angle plus élevée que 2,5 degré en moyenne. Le voile peut être mesuré par les méthodes connues dans le domaine. Les propriétés électriques ont été mesurées par la méthode de sonde de Hall (4 points).
Le tableau 3 présente les propriétés optiques et électriques d'un substrat conforme à l'invention, exemple 1, et de deux exemples comparatifs non conformes à l'invention, exemples 3R et 4R. Le tableau suivant compare l'empilage visé par l'invention avec des échantillons commerciaux (VU (exemple 3R) et AN14 (exemple 4R) de chez AGC Solar). Contrairement aux autres dépôts, le VU est déposé sur un verre extra-clair. Ces échantillons commerciaux sont réalisés par la technique pyrolytique (CVD) et ne subissent pas d'attaque acide.
Tableau 3:
On observe que l'exemple 1 présente une résistance par carré inférieure aux exemples 3R et 4R. Afin d'augmenter le voile de l'exemple et/ou obtenir la microstructure la plus adaptée, une alternative visée par l'invention est représentée à la figure 2. Dans ce cas, une alternance de couches à bas et haut dopage est surmontée par une couche tampon d'AZO engendrant une microstructure adéquate du TCO après attaque acide. Ce type de microstructures est obtenu après attaque acide d'une couche d'AZO 2% en poids d'Al2O3, elle présenterait donc une diffusion lumineuse plus adéquate pour une application photovoltaïque Par microstructure adéquate, on entend les microstructures recommandées dans les articles de Kluth et coll., Thin Solid Films, 442, (2003), 80, 5836; de Berginski et coll., J. Appl. Phys., 101, 074903 (2007) et de Rech B. et coll., Thin Solid Films, 511-512 (2006), 548. Contrairement à l'exemple 1, grâce à une couche tampon en AZO d'épaisseur suffisante, du voile plus important sera produit après attaque acide. Par épaisseur suffisante, on entend désigner une épaisseur telle que la couche tampon subsiste après attaque. De telles épaisseurs correspondent à des valeurs d'épaisseur de couche tampon avant attaque acide allant de 100 à 500 nm, préférentiellement allant de 100 à 400 nm. Par ailleurs, selon la microstructure désirée, le taux de dopage de la dernière couche peut être adapté. L'AZO 2% en poids d'oxyde d'aluminium présenterait donc une diffusion lumineuse plus adéquate pour une application photovoltaïque.

Claims

REVENDICATIONS
1. Substrat conducteur transparent pour dispositif optoélectronique comprenant un support et un revêtement conducteur à base d' oxyde de zinc dopé, ledit revêtement étant constitué d'un empilement d ' au moins deux couches de conductivité électrique différente, une couche dite de conductivité élevée et une couche dite de conductivité faible, caractérisé en ce que la couche dite de conductivité élevée est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde d'un élément dopant avec m inférieur ou égal à 6 et en ce que la couche dite de conductivité faible est une couche à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p) % en poids d'oxyde d'un élément dopant avec p supérieur ou égal à 2.
2. Substrat conducteur transparent selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il présente une valeur de rugosité R.M.S. dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm.
3. Substrat conducteur transparent selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément dopant est sélectionné parmi l'Ai et/ou le Ga et/ou le B.
4. Substrat conducteur transparent selon une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce que l'épaisseur géométrique de chaque couche constituant le revêtement est comprise entre 35 nm et 200 nm.
5. Substrat conducteur transparent selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement conducteur comprend un empilement couche dite de conductivité élevée-couche dite de conductivité faible reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10.
6. Substrat conducteur transparent selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche dite de conductivité élevée est, par rapport au support, la couche la plus proche de l'empilement couche dite de conductivité élevée-couche dite de conductivité faible.
7. Substrat conducteur transparent selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche dite de conductivité faible est par rapport au support, la couche la plus proche de l'empilement couche de conductivité faible-couche dite de conductivité élevée.
8. Substrat conducteur transparent selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement conducteur comprend une couche tampon à base d'oxyde de zinc dopé à l'Ai à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, ladite couche tampon étant la couche constituant le revêtement conducteur la plus éloignée par rapport au support.
9. Substrat conducteur transparent selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement conducteur comprend une couche barrière, ladite couche barrière étant la couche du revêtement conducteur la plus proche par rapport au support.
10. Procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
· Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6, • Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche d'oxyde de zinc dopé à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, l'épaisseur de la couche étant comprise entre 100 et 500 nm
• Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm.
11. Procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche d'oxyde de zinc dopé à q% en poids d'oxyde d'aluminium avec q compris entre 0,5 et 4,0, l'épaisseur de la couche étant comprise entre 100 et 500 nm
• Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm.
12. Procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2,
• L'empilement résultant des deux dépôts précédent étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10,
• Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm.
13. Procédé de fabrication du substrat conducteur transparent selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité faible sur le support, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à (m/p)% en poids de l'oxyde de l'élément dopant avec p supérieur ou égal à 2,
• Dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche dite de conductivité élevée, ladite couche étant à base d'oxyde de zinc dopé à m% en poids d'oxyde de l'élément dopant avec m inférieur ou égal à 6,
• L'empilement résultant des deux dépôts précédents étant reproduit n fois, avec n compris entre 2 et 10, • Attaque acide afin de conférer au revêtement conducteur une rugosité R.M.S. comprise dans la gamme de valeurs allant de 55 nm à 200 nm.
14. Dispositif optoélectronique comprenant un substrat conducteur transparent selon une quelconque des revendications 1 à 9.
15. Dispositif optoélectronique selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est une cellule photovoltaïque.
EP11708441A 2010-03-04 2011-03-03 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques Withdrawn EP2543074A2 (fr)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2010/0147A BE1019244A3 (fr) 2010-03-04 2010-03-04 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoelectroniques.
BE2010/0137A BE1019211A3 (fr) 2010-03-04 2010-03-04 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoelectroniques.
BE2010/0148A BE1019245A3 (fr) 2010-03-04 2010-03-04 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoelectroniques.
PCT/EP2011/053200 WO2011107549A2 (fr) 2010-03-04 2011-03-03 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2543074A2 true EP2543074A2 (fr) 2013-01-09

Family

ID=44542654

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11708441A Withdrawn EP2543074A2 (fr) 2010-03-04 2011-03-03 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques
EP11706269A Withdrawn EP2543073A2 (fr) 2010-03-04 2011-03-03 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11706269A Withdrawn EP2543073A2 (fr) 2010-03-04 2011-03-03 Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques

Country Status (2)

Country Link
EP (2) EP2543074A2 (fr)
WO (3) WO2011107549A2 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014530221A (ja) 2011-10-07 2014-11-17 インヴィスタテクノロジーズ エスアエルエル ニトリルの作製方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5078803A (en) * 1989-09-22 1992-01-07 Siemens Solar Industries L.P. Solar cells incorporating transparent electrodes comprising hazy zinc oxide
DE19713215A1 (de) 1997-03-27 1998-10-08 Forschungszentrum Juelich Gmbh Solarzelle mit texturierter TCO-Schicht sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen TCO-Schicht für eine solche Solarzelle
JPH10294478A (ja) * 1997-04-18 1998-11-04 Sharp Corp 光電変換素子
JP2000261011A (ja) * 1999-03-05 2000-09-22 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd シリコン系薄膜光電変換装置
JP2002025350A (ja) * 2000-07-11 2002-01-25 Sanyo Electric Co Ltd 透明導電膜付き基板及びその作製方法，それを用いたエッチング方法並びに光起電力装置
US8658887B2 (en) * 2006-11-20 2014-02-25 Kaneka Corporation Substrate provided with transparent conductive film for photoelectric conversion device, method for manufacturing the substrate, and photoelectric conversion device using the substrate
JP4928337B2 (ja) * 2007-04-26 2012-05-09 株式会社カネカ 光電変換装置の製造方法
JP4670877B2 (ja) * 2008-02-25 2011-04-13 住友金属鉱山株式会社 酸化亜鉛系透明導電膜積層体と透明導電性基板およびデバイス
US7993752B2 (en) * 2008-03-17 2011-08-09 Nano PV Technologies, Inc. Transparent conductive layer and method
WO2010003066A2 (fr) * 2008-07-03 2010-01-07 University Of Florida Research Foundation, Inc. Electrode conductrice transparente

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011107549A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011107549A3 (fr) 2012-07-26
WO2011107554A2 (fr) 2011-09-09
WO2011107549A2 (fr) 2011-09-09
WO2011107557A3 (fr) 2012-07-26
EP2543073A2 (fr) 2013-01-09
WO2011107557A2 (fr) 2011-09-09
WO2011107554A3 (fr) 2012-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2005473B1 (fr) Couche conductrice transparente et texturee et son procede de realisation
EP1448490B1 (fr) Substrat transparent muni d'une electrode
FR2919430A1 (fr) Substrat de face avant de cellule photovoltaique et utilisation d'un substrat pour une face avant de cellule photovoltaique.
EP2374153A1 (fr) Element en couches et dispositif photovoltaique comprenant un tel element
EP2586063B1 (fr) Substrat comprenant une couche d'oxyde transparent conducteur et son procédé de fabrication
FR2949775A1 (fr) Substrat de protection pour dispositif collecteur ou emetteur de rayonnement
WO2010063973A1 (fr) Substrat de face avant de panneau photovoltaïque, panneau photovoltaïque et utilisation d'un substrat pour une face avant de panneau photovoltaïque
FR2891269A1 (fr) Substrat transparent muni d'une electrode
EP2190024A1 (fr) Dispositif photoélectrique a jonctions multiples et son procédé de realisation
JP5243697B2 (ja) 光電変換装置用透明導電膜とその製造方法
BE1019826A3 (fr) Substrat verrier transparent conducteur pour cellule photovoltaique.
EP2190023A1 (fr) Dispositif photoéléctrique à jonctions multiples et son procédé de réalisation
EP2543074A2 (fr) Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoélectroniques
BE1019211A3 (fr) Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoelectroniques.
BE1019245A3 (fr) Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoelectroniques.
BE1019244A3 (fr) Substrat conducteur transparent pour dispositifs optoelectroniques.
WO2005078154A1 (fr) Procédé de fabrication d’une pellicule conductrice transparente et procédé de fabrication d’un convertisseur photoélectrique tandem à couche mince
FR2939788A1 (fr) Substrat a fonction verriere pour module photovoltaique
EP2104145A1 (fr) Substrat de type verrier revêtu de couches minces et procédé de fabrication
Bose et al. Optimization of the texturization of ZnO: Al surface using HCl+ HNO3 for application in thin film silicon solar cells
WO2020043973A1 (fr) Vitrage texture et isolant pour serre
FR2919114A1 (fr) Cellule photovoltaique et substrat de cellule photovoltaique
EP2545588B1 (fr) Substrat transparent verrier associe a une couche electroconductrice transparente a proprietes electriques ameliorees
Bunte et al. ALUMINIUM-DOPED ZINC OXIDE FILMS FOR SILICON THIN-FILM SOLAR CELLS PREPARED BY SPUTTER DEPOSITION FROM ROTATABLE CERAMIC TARGETS

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

17P Request for examination filed

Effective date: 20130128

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20140213