EP3289617A1 - Procede de fabrication d'une cellule photovoltaïque - Google Patents

Procede de fabrication d'une cellule photovoltaïque

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Publication number
EP3289617A1
EP3289617A1 EP16729006.3A EP16729006A EP3289617A1 EP 3289617 A1 EP3289617 A1 EP 3289617A1 EP 16729006 A EP16729006 A EP 16729006A EP 3289617 A1 EP3289617 A1 EP 3289617A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
dielectric layer
annealing
atoms
semiconductor
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Withdrawn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
EP16729006.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme Le Perchec
Raphaël CABAL
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP3289617A1 publication Critical patent/EP3289617A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
    • 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
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction 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
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/146—Back-junction photovoltaic cells, e.g. having interdigitated base-emitter regions on the back side
    • 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
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    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a photovoltaic cell.
  • a first known method of the state of the art comprises the steps: aO) providing a semiconductor substrate made of a n-type doped crystalline silicon material, the substrate having a first surface and a second opposite surface,
  • the first and second surfaces of the substrate may be exposed to light radiation so as to obtain a bifacial type photovoltaic cell.
  • Boron atoms have a temperature of thermal activation greater than that of phosphorus or arsenic atoms, of the order of 150 ° C.
  • the temperature of the thermal annealing is therefore imposed by the thermal activation temperature of the boron atoms.
  • step dO leads to an inadvertent diffusion of the phosphorus atoms through the substrate, because of the annealing temperature which is too great relative to their thermal activation temperature.
  • the phosphorus atoms thus move away from the second surface of the substrate and the corresponding contact area for an electrode may become inoperative.
  • step dO leads to an exo-diffusion of the arsenic atoms out of the substrate, resulting in a decrease in their surface concentration, and the corresponding contact area for an electrode may become inoperative.
  • a second known method of the state of the art comprises the following steps:
  • a01 providing a semiconductor substrate made of an n-type doped crystalline silicon material, the substrate having a first surface and a second opposing surface,
  • the manufacture of a photovoltaic cell is progressively continued by the formation of a first and a second dielectric layer respectively on the first and second surfaces of the substrate in order to passivate them, the first and second dielectric layers being layers of thermal oxide.
  • a1) forming a first semiconductor region intended to be in contact with an electrode, the first semiconductor region being formed by implantation of boron atoms into the substrate, the method being remarkable in that it comprises the steps :
  • the second semiconductor zone being formed by a diffusion of the phosphorus or arsenic atoms in the substrate from the dielectric layer to the second surface of the substrate,
  • thermal oxide layer based on silicon dioxide
  • such a method according to the invention makes it possible to avoid the formation of a dielectric layer, of thermal oxide type, that is too thick on the second surface of the substrate by forming the dielectric layer on the second surface of the substrate during step b) before forming the thermal oxide layer in step c).
  • such a method according to the invention eliminates an unwanted diffusion of phosphorus atoms through the substrate or an exo-diffusion of arsenic atoms out of the substrate by step c).
  • the thermal activation of the boron atoms is preferably carried out previously, during step a).
  • such a method according to the invention makes it possible to reduce the costs and the operating time because step c), by itself, makes it possible both to form the second semiconductor zone and to passivate the first surface of the substrate.
  • Crystal means the polycrystalline form or the monocrystalline form of silicon, thus excluding amorphous silicon.
  • the n-type doping of silicon makes it possible to improve the efficiency of the photovoltaic cell.
  • step b) comprises a step b1) of forming an additional dielectric layer, preferably of hydrogenated silicon nitride, on the dielectric layer, and the thermal annealing is applied during the step c) the structure comprising the additional dielectric layer.
  • such an additional dielectric layer forms a diffusion barrier to the phosphorus or arsenic atoms towards the external medium, and improves the passivation of the second surface of the substrate.
  • the additional dielectric layer is advantageously free of phosphorus or arsenic atoms.
  • Such a material makes it possible at the same time to improve the passivation of the second surface of the substrate and to form an optical layer called said antireflection layer of a suitable thickness.
  • the optical anti-reflective layer makes it possible to reduce the optical losses associated with the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate.
  • annealing is applied in step c) under an oxidizing atmosphere, and said annealing preferably has an annealing temperature value between 850 ° C and 950 ° C and a duration value of annealing between 5 minutes and 1 hour.
  • the annealing temperature mainly conditions the surface concentration of the phosphorus or arsenic atoms while the annealing time mainly conditions the thermal diffusion length of said atoms.
  • the oxidizing atmosphere allows the formation of the thermal oxide layer at the first surface of the substrate.
  • Step c) proceeds continuously; the formation of the second semiconductor zone and the formation of the thermal oxide layer are concomitant.
  • thermal budget is meant the choice of an annealing temperature value and the choice of a value of annealing time.
  • step c) comprises the steps:
  • the first thermal budget preferably having an annealing temperature value of between 850 ° C. C and 950 ° C and a value of annealing time of between 5 minutes and 1 hour,
  • the second thermal budget preferably having an annealing temperature value between 700 ° C and 800 ° C and a value annealing time between 5 minutes and 1 hour.
  • Step d) is advantageously performed before step c2).
  • Such a first thermal budget makes it possible to diffuse the phosphorus or arsenic atoms to the second surface of the substrate.
  • the annealing temperature mainly conditions the surface concentration of the phosphorus or arsenic atoms while the annealing time mainly conditions the thermal diffusion length of said atoms.
  • the dielectric layer formed during step b) is based on a silicon oxynitride SiO x N y satisfying 0 ⁇ x ⁇ y, preferably hydrogenated.
  • the silicon oxynitride SiO x N y , 0 ⁇ x ⁇ y makes it possible to passivate the second surface of the substrate, the substrate being made of a material based on crystalline silicon.
  • the silicon oxynitride is a silicon nitride.
  • the hydrogenated silicon oxynitride is particularly advantageous thanks to the presence of hydrogen which improves the quality of the passivation. It is therefore not necessary to etch the dielectric layer after step c), then to deposit a dedicated passivation layer. In other words, the dielectric layer can be preserved after step c) in the method according to the invention.
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies 0 ⁇ x 0,0 0.05 in step b) and after step c).
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies 0.30 ⁇ y 0,5 0.55 in step b) and after step c).
  • the dielectric layer formed in step b) is based on silicon carbide.
  • the phosphorus or arsenic atoms in the dielectric layer formed during step b) have an atomic proportion of between 1% and 10%
  • the phosphorus or arsenic atoms in the dielectric layer after step c) have an atomic proportion of between 1% and 10%, and preferably between 1% and 5%.
  • the atomic proportion of the phosphorus or arsenic atoms in the dielectric layer after step c) is less than the atomic proportion in step b).
  • the dielectric layer formed in step b) is based on a silicon oxynitride SiO x N y , 0 ⁇ x ⁇ y, preferably hydrogenated, such an atomic proportion of phosphorus or arsenic allows the time of: - forming a second semiconductor region and thereby an electrical contact area of good quality, that is to say with a surface atomic concentration greater than 10 20 at./cm 3, preferably between 3x10 20 at./cm 3 and 5x 10 20 at./cm 3 ,
  • the thermal annealing applied during step c) is adapted to thermally activate the boron atoms of the first semiconductor zone implanted during step a1).
  • step a) comprises a step a2) of applying thermal annealing to the substrate according to a thermal budget adapted to thermally activate the boron atoms of the first semiconductor zone, step a2 ) being performed before step b), the thermal annealing applied in step a2) preferably having an annealing temperature value of between 1000 ° C and 1100 ° C and an annealing time value greater than 1 minute.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a photovoltaic cell, comprising the steps:
  • the second semiconductor zone being formed by a diffusion of the boron atoms in the substrate from the dielectric layer to the second surface of the substrate,
  • thermal oxide layer based on silicon dioxide
  • the substrate is made of a p-type doped crystalline silicon material
  • annealing at high temperature that is to say higher than 950 ° C, degrades the volume quality of the substrate and hence the duration of life of the charge carriers. It is therefore not recommended to implant boron atoms in such a substrate, followed by their thermal activation at a temperature above 950 ° C.
  • step b) and the annealing applied during step c) adapted to diffuse the boron atoms from the dielectric layer to the second surface of the substrate.
  • the diffusion of boron atoms can be carried out at a temperature between 900 ° C and 950 ° C, and therefore does not cause degradation of the volume quality of the substrate.
  • the annealing applied during step c) makes it possible simultaneously to thermally activate the phosphorus or arsenic atoms of the first semiconductor zone implanted during step a1), since the thermal activation temperature of the Phosphorus or arsenic atoms is less than the diffusion temperature of boron atoms.
  • the method comprises a step b1) of forming an additional dielectric layer, preferably of hydrogenated silicon nitride, on the dielectric layer, and step b1) is preferably performed after the step vs).
  • an additional dielectric layer improves the passivation of the second surface of the substrate.
  • the additional dielectric layer is advantageously free of boron atoms.
  • Step b1) is preferably performed after step c) so that the dielectric layer can be oxidized when the annealing is applied in step c) under an oxidizing atmosphere.
  • the oxidation of the dielectric layer makes it possible to improve the passivation of the second surface of the substrate.
  • Such a material makes it possible at the same time to improve the passivation of the second surface of the substrate and to form an optical layer called said antireflection layer of a suitable thickness.
  • the optical anti-reflective layer makes it possible to reduce the optical losses associated with the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate.
  • the annealing is applied in step c) under an oxidizing atmosphere, and said annealing preferably has an annealing temperature value between 900 ° C and 950 ° C and a duration value of annealing between 5 minutes and 1 hour.
  • the annealing temperature mainly conditions the surface concentration of the boron atoms while the annealing time mainly conditions the thermal diffusion length of said atoms.
  • Step c) proceeds continuously; the formation of the second semiconductor zone and the formation of the thermal oxide layer are concomitant.
  • thermal budget is meant the choice of an annealing temperature value and the choice of a value of annealing time.
  • the dielectric layer formed in step b) is based on a silicon oxynitride SiO x N y satisfying 0 ⁇ y ⁇ x, preferably hydrogenated.
  • the silicon oxynitride SiO x N y , 0 ⁇ y ⁇ x makes it possible to passivate the second surface of the substrate, the substrate being made of a material based on crystalline silicon.
  • the silicon oxynitride is a silicon oxide.
  • the hydrogenated silicon oxynitride is particularly advantageous thanks to the presence of hydrogen which improves the quality of the passivation.
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies x ⁇ 0.50, preferably 0.50 ⁇ x 0 0.66, after step c).
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies x ⁇ 0.50 in step b).
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies 0 ⁇ y 0, 0.10, preferably ⁇ y 0,0 0.05, during step b) and after step c).
  • the dielectric layer formed in step b) is based on silicon carbide.
  • the boron atoms in the dielectric layer formed during step b) have an atomic proportion of between 10% and 50%, preferably between 10% and 30%, and the boron atoms. in the dielectric layer after step c) have an atomic proportion of between 1% and 10%, preferably between 3% and 8%.
  • the dielectric layer formed in step b) is based on a silicon oxynitride SiO x N y , O ⁇ y ⁇ x, preferably hydrogenated, such an atomic proportion of boron allows both:
  • the first semiconductor zone is formed at the first surface of the substrate during step a).
  • the manufactured photovoltaic cell has a bifacial architecture, that is to say that the first and second surfaces of the substrate are intended to be exposed to light radiation.
  • the first semiconductor zone forms an emitter.
  • the second semiconductor zone is of BSF type (acronym for "Back Surface Field” in English), highly doped with the same type of doping as the substrate in order to improve the efficiency of the photovoltaic cell.
  • the first semiconductor zone is formed at the second surface of the substrate during step a) so as to form a first box
  • the dielectric layer formed in step b) is arranged to so that the second semiconductor zone formed by the scattered atoms in step c) forms a second box spaced relative to the first box.
  • the manufactured photovoltaic cell has a monofacial type architecture with interdigitated rear face contacts (known by the acronym IBC for "Interdigitated Back Contact” in English).
  • the first surface of the substrate is intended to be exposed to light radiation.
  • the first and second boxes are intended to be each in contact with an electrode.
  • the first surface of the substrate advantageously comprises a highly doped semiconductor zone of the same type of doping as the substrate in order to improve the efficiency of the photovoltaic cell, said semiconductor zone being of FSF type (acronym for "Front Surface Field” in English).
  • the present invention also relates to a photovoltaic cell that can be obtained by a method according to the invention.
  • such a photovoltaic cell is distinguished from the state of the art by the presence of a dielectric layer formed at the second surface of the substrate, said dielectric layer comprising boron atoms (respectively phosphorus or arsenic atoms). which have not diffused to the second surface of the substrate when the substrate is n-doped (respectively p-doped).
  • the quantity of boron atoms (respectively of phosphorus or arsenic atoms) which have not diffused remains sufficient to detect their presence in the dielectric layer so that such a photovoltaic cell can be easily detected by reverse engineering.
  • the present invention also relates to a photovoltaic cell comprising:
  • a substrate of a n-type doped crystalline silicon semiconductor material having a first surface and a second opposite surface
  • first and second semiconductor zones respectively extending under the first surface and under the second surface of the substrate, the first semiconductor zone comprising boron atoms, the second semiconducting zone comprising phosphorus atoms or arsenic;
  • a first layer of a dielectric material formed at the second surface of the substrate the dielectric material being based on a silicon oxynitride SiO x N y satisfying 0 ⁇ x ⁇ y, the dielectric material comprising phosphorus atoms or arsenic and preferably hydrogen;
  • thermal oxide layer based on silicon dioxide, formed on the first surface of the substrate.
  • the first semiconductor zone is intended to be in contact with an electrode.
  • the second semiconductor zone is intended to be in contact with an electrode.
  • the first surface or the second surface of the substrate is intended to be exposed to light radiation.
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies 0 ⁇ x ⁇ 0.05.
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies 0.30 ⁇ y ⁇ 0.55.
  • the phosphorus or arsenic atoms have an atomic proportion in the dielectric material of between 1% and 10%, preferably between 1% and 5%.
  • the present invention also relates to a photovoltaic cell comprising:
  • a substrate of a p-type doped crystalline silicon semiconductor material having a first surface and a second opposite surface
  • first and second semiconductor zones respectively extending under the first surface and under the second surface of the substrate, the first semiconductor zone comprising phosphorus or arsenic atoms, the second semiconductor zone comprising atoms; boron;
  • a first layer of a dielectric material formed on the second surface of the substrate the dielectric material being based on a silicon oxynitride SiO x N y satisfying 0 ⁇ y ⁇ x, the dielectric material comprising boron atoms and preferably hydrogen;
  • thermal oxide layer based on silicon dioxide, formed on the first surface of the substrate.
  • the first semiconductor zone is intended to be in contact with an electrode.
  • the second semiconductor zone is intended to be in contact with an electrode.
  • the first surface or the second surface of the substrate is intended to be exposed to light radiation.
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies x ⁇ 0.50, preferably 0.50 ⁇ x 0 0.66.
  • the silicon oxynitride SiO x N y satisfies 0 ⁇ y ⁇ 0.10, preferably 0 ⁇ y 0,0 0.05.
  • the boron atoms have an atomic proportion in the dielectric material of between 1% and 10%, preferably between 3% and 8%.
  • the cell comprises a second layer of a dielectric material formed on the first layer and, preferably, on the thermal oxide layer, the dielectric material of the second layer being based on an oxynitride of silicon SiO x N y satisfying 0 ⁇ x ⁇ y, said dielectric material preferably comprising hydrogen.
  • the first layer has a thickness of between 3 nm and 100 nm.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of photovoltaic cells of a first architecture, obtained from a method according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of photovoltaic cells of a second architecture, obtained from a method according to the invention
  • FIGS. 3a to 3e are diagrammatic sectional views illustrating various steps of a method according to the invention for producing photovoltaic cells illustrated in FIG.
  • FIGS. 4a to 4e are schematic sectional views illustrating various steps of a method according to the invention for manufacturing photovoltaic cells illustrated in FIG. 1.
  • the same references will be used for identical elements or ensuring the same function, for the sake of simplification of the description.
  • the technical characteristics described below for different modes of implementation are to be considered in isolation or in any technically possible combination.
  • FIGS. 3a to 3e is a method of manufacturing a photovoltaic cell, comprising the steps:
  • a second semiconductor zone 1 10 intended to be in contact with an electrode E, the second semiconductor zone 1 being formed by a diffusion of the phosphorus or arsenic atoms in the substrate 1 from the dielectric layer 2 to the second surface 1 1 of the substrate 1, - forming a thermal oxide layer 3, based on silicon dioxide, the first surface 10 of the substrate 1, step c) being illustrated in Figure 3c.
  • the substrate 1 has a thickness of the order of 150 ⁇ .
  • the first semiconductor zone 100 is formed at the first surface 10 of the substrate 1 during step a).
  • Step a1) is advantageously an ion implantation performed by ion beam, ion shower or plasma immersion.
  • the generation of ions can be carried out using precursor gases such as BF 3 or B 2 H 6 .
  • the dielectric layer 2 formed during step b) is advantageously based on a silicon oxynitride SiO x N y , satisfying 0 ⁇ x ⁇ y, preferably hydrogenated.
  • the silicon oxynitride is a silicon nitride.
  • the silicon oxynitride SiO x N y advantageously satisfies 0 ⁇ x 0,0 0.05 during step b) and after step c).
  • the silicon oxynitride SiO x N y advantageously satisfies 0.30 y y 0,5 0.55 in step b) and after step c).
  • the phosphorus or arsenic atoms in the dielectric layer 2 formed during step b) advantageously have an atomic proportion of between 1% and 10%.
  • the phosphorus or arsenic atoms in the dielectric layer 2 after step c) advantageously have an atomic proportion of between 1% and 10%, and preferably between 1% and 5%. Such atomic proportion allows to obtain an electrical contact area of good quality, i.e.
  • step b) is advantageously carried out by a chemical vapor deposition (PECVD for Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition in English) from gas reactants comprising SiH 4 silane and NH 3 ammonia.
  • PECVD Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition in English
  • step b) is advantageously carried out by a PECVD deposit from reactive gases comprising silane SiH 4 and nitrous oxide N 2 O
  • the dielectric layer 2 comprises phosphorus atoms
  • the said atoms are advantageously incorporated with the hydrogenated silicon nitride or the hydrogenated silicon oxynitride by an injection of phosphine PH 3 with the corresponding reactive gases.
  • the dielectric layer 2 comprises arsenic atoms
  • the said atoms are advantageously incorporated into the nitride of hydrogenated silicon or hydrogenated silicon oxynitride by injection of arsine AsH 3 with the corresponding reactive gases.
  • the dielectric layer 2 formed during step b) is based on silicon carbide.
  • Step b) is advantageously carried out by a PECVD deposit from reactive gases comprising silane SiH 4 and methane CH 4 .
  • the dielectric layer 2 comprises phosphorus atoms
  • said atoms are advantageously incorporated into the silicon carbide by an injection of phosphine PH 3 with the reactive gases.
  • the dielectric layer 2 comprises arsenic atoms
  • said atoms are advantageously incorporated in the silicon carbide by an injection of arsine AsH 3 with the reactive gases.
  • the method advantageously comprises a step b1) of forming an additional dielectric layer 4 on the dielectric layer 2, the thermal annealing being applied in step c) to the structure 1, 2, 4 having the additional dielectric layer 4.
  • the additional dielectric layer 4 formed during step b1) is advantageously made of hydrogenated silicon nitride.
  • the additional dielectric layer 4 advantageously has a thickness greater than 30 nm.
  • the thickness of the additional dielectric layer 4 is adjusted to form an optical antireflection layer.
  • Such an antireflection optical layer makes it possible to reduce the optical losses associated with the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate 1.
  • the annealing is applied in step c) under an oxidizing atmosphere.
  • the oxidizing atmosphere can comprise a mixture of gases N 2 and O 2 with a ratio N 2 / O 2 preferably between 0.2 and 1. This atmosphere will be called “dry”.
  • the oxidizing atmosphere may comprise a mixture of N 2 and water vapor. This atmosphere will be called “wet”.
  • the oxidizing atmosphere is advantageously constituted by a mixture of oxygen and a neutral gas selected from argon, nitrogen, or a mixture of argon and nitrogen.
  • the oxidizing atmosphere is advantageously devoid of doping agent such as phosphine.
  • Said annealing advantageously an annealing temperature value of between 850 ° C. and 950 ° C. and an annealing time value of between 5 minutes and 1 hour.
  • step c) comprises the steps of: c1) applying the thermal annealing according to a first thermal budget adapted to diffuse the phosphorus or arsenic atoms so as to form the second semiconductor zone 1 10, the first thermal budget preferably having an annealing temperature value of between 850 ° C and 950 ° C and an annealing time value of between 5 minutes and 1 hour,
  • Step c2) is advantageously carried out under a "wet" oxidizing atmosphere so that the second thermal budget has an annealing temperature value of between 700 ° C. and 800 ° C. and an annealing time value of between 5 minutes and 1 hour.
  • a "wet" oxidizing atmosphere enables the annealing temperature value to be lowered substantially relative to a “dry” oxidizing atmosphere.
  • step a1) is performed so that the boron atoms are implanted into the substrate 1 with a dose strictly less than 10 15 at./cm 2 and with an energy between 5 keV and 15 keV.
  • the thermal annealing applied during step c) is adapted to thermally activate the boron atoms of the first semiconductor zone 100.
  • the silicon dioxide-based thermal oxide layer 3 formed during the step c) advantageously has a thickness of between 5 nm and 20 nm. Such a thickness makes it possible to have few optical losses related to the reflections of the light radiation while maintaining a good quality of passivation.
  • step a1) is performed so that the boron atoms are implanted in the substrate 1 with a dose greater than 10 15 at./cm 2 , preferably between 10 15 at./cm 2 and 10 16 at./cm 2 , and with an energy of between 5 keV and 15 keV.
  • implantation parameters make it possible to obtain an electrical contact zone of good quality, that is to say with a surface atomic concentration greater than 10 19 at./cm 3 , preferably between 10 19 at./ cm 3 and 5x 10 19 at./cm 3 .
  • step a) comprises a step a2) of applying thermal annealing to the substrate 1 according to a thermal budget adapted to thermally activate the boron atoms of the first semiconductor zone 100, step a2) being performed before step b).
  • the thermal budget of the thermal annealing applied in step a2) advantageously has an annealing temperature value of between 1000 ° C. and 1100 ° C. and an annealing time value greater than 1 minute.
  • Step a2) is advantageously carried out under an atmosphere comprising nitrogen and in the absence of oxygen.
  • Step a2) is advantageously followed by a step of chemical cleaning of the substrate 1.
  • the silicon dioxide-based thermal oxide layer 3 formed in step c) advantageously has a thickness of between 5 nm and 20 nm.
  • the process advantageously comprises a step d) forming a dielectric layer 5 on the thermal oxide layer 3.
  • the dielectric layer 5 formed during step d) is preferably made of a material based on silicon nitride.
  • the dielectric layer 5 formed in step d) has a thickness adjusted to form an optical antireflection layer.
  • the dielectric layer 5 formed during step d) advantageously has a thickness of between 50 nm and 75 nm.
  • Such an antireflection optical layer makes it possible to reduce the optical losses associated with the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate 1.
  • the method advantageously comprises a step e) bringing each of the first and second semiconductor regions 100, 1 10 into contact with an electrode E.
  • Step e) comprises a metallization step, preferably carried out by screen printing.
  • the method differs from the mode illustrated in FIGS. 3a to 3e in that the first semiconductor zone 100 is formed at the second surface 1 1 of the substrate 1 during the step a), preferably by a first set of masks, so as to form a first box.
  • the dielectric layer 2 formed in step b) is arranged, preferably by a second set of masks, so that the second semiconductor zone 1 10 formed by the phosphorus or arsenic atoms diffused during the step c) forms a second box spaced relative to the first box.
  • the method advantageously comprises a step of forming a semiconductor zone 120 at the first surface 10 of the substrate 1.
  • the semiconductor zone 120 comprises phosphorus or arsenic atoms.
  • Semiconductor zone 120 is advantageously formed by ion implantation of phosphorus or arsenic atoms. Said atoms are thermally activated during step c).
  • the method advantageously comprises a step of forming a dielectric layer (not shown in Figure 2) on the thermal oxide layer 3, said formed dielectric layer being preferably made of a material based on silicon nitride. Said dielectric layer formed has a thickness adjusted to form an optical antireflection layer. Such an antireflection optical layer makes it possible to reduce the optical losses associated with the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate 1.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a photovoltaic cell, illustrated in FIGS. 4a to 4e, the method comprising the steps of:
  • a1) forming a first semiconductor zone 100 intended to be in contact with an electrode E, the first conductive zone 100 being formed by an implantation of phosphorus or arsenic atoms in the substrate 1, the steps a) and a1 ) being illustrated in Figure 3a,
  • step b) forming a dielectric layer 2 at the second surface 1 1 of the substrate 1, the dielectric layer 2 comprising boron atoms, the dielectric layer 2 and the substrate 1 forming a structure 1, 2, step b) being illustrated in FIG. FIG. 3b, c) applying thermal annealing to the structure 1, 2 adapted to: forming a second semiconductor zone 1 10 intended to be in contact with an electrode E, the second semiconductor zone 1 being formed by a diffusion of the boron atoms in the substrate 1 from the dielectric layer 2 to the second surface 1 1 of the substrate 1,
  • thermal oxide layer 3 based on silicon dioxide, at the first surface 10 of the substrate 1, step c) being illustrated in FIG. 3c.
  • the substrate 1 has a thickness of the order of 150 ⁇ .
  • the first semiconductor zone 100 is formed at the first surface 10 of the substrate 1 during step a).
  • Step a1) is advantageously an ion implantation performed by ion beam, ion shower or plasma immersion.
  • Step a1) is advantageously carried out so that the phosphorus or arsenic atoms are implanted in the substrate 1 with a dose of:
  • the phosphorus atoms are advantageously implanted during step a1) with an energy of between 5 keV and 15 keV.
  • the arsenic atoms are advantageously implanted during step a1) with an energy of between 15 keV and 30 keV.
  • the dielectric layer 2 formed during step b) is advantageously based on a silicon oxynitride SiO x N y , satisfying 0 ⁇ y ⁇ x, preferably hydrogenated.
  • the silicon oxynitride is a silicon oxide.
  • the silicon oxynitride SiO x N y advantageously satisfies x ⁇ 0.50, preferably 0.50 ⁇ x 0 0.66, after step c).
  • the silicon oxynitride SiO x N y advantageously satisfies 0 ⁇ y ⁇ 0.10, preferably ⁇ y ⁇ 0.05, during step b) and after step c).
  • the boron atoms in the dielectric layer 2 formed during step b) advantageously have an atomic proportion of between 10% and 50%, preferably between 10% and 30%.
  • Boron atoms in the dielectric layer 2 after step c) advantageously have an atomic proportion of between 1% and 10%, preferably between 3% and 8%.
  • the dielectric layer 2 formed during step b) advantageously has a nitrogen content greater than 5%, preferably between 5 and 15%.
  • the dielectric layer 2 advantageously has a thickness of between 3 nm and 100 nm, preferably between 20 and 35 nm. Such thicknesses make it possible to have few optical losses related to the reflections of the light radiation while maintaining a good quality of passivation. Steps a1) and b) are permutable.
  • step b) is advantageously carried out by a chemical vapor deposition (PECVD for Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition in English) from reactive gases comprising silane SiH 4 and nitrous oxide N 2 O.
  • PECVD Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition in English
  • the boron atoms are advantageously incorporated into the hydrogenated silicon oxynitride by injection of diborane B 2 H 6 with the reactive gases.
  • the dielectric layer 2 formed during step b) is based on silicon carbide.
  • Step b) is advantageously carried out by a PECVD deposit from reactive gases comprising silane SiH 4 and methane CH 4 .
  • the boron atoms are advantageously incorporated into the silicon carbide by an injection of diborane B 2 H 6 with the reactive gases.
  • the method advantageously comprises a step b1) of forming an additional dielectric layer 4 on the dielectric layer 2.
  • Step b1) is illustrated in Figure 3c.
  • Step b1) is advantageously performed after step c) so that the dielectric layer 2 can be oxidized when the annealing is applied in step c) under an oxidizing atmosphere.
  • the oxidation of the dielectric layer 2 makes it possible to improve the passivation of the second surface 11 of the substrate 1.
  • the additional dielectric layer 4 is advantageously made of hydrogenated silicon nitride.
  • the additional dielectric layer 4 advantageously has a thickness greater than 30 nm.
  • the thickness of the additional dielectric layer 4 is adjusted to form an optical antireflection layer. Such an antireflection optical layer makes it possible to reduce optical losses related to the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate 1.
  • the annealing is applied in step c) under an oxidizing atmosphere.
  • the oxidizing atmosphere can comprise a mixture of gases N 2 and O 2 with a ratio N 2 / O 2 preferably between 0.2 and 1. This atmosphere will be called “dry”.
  • the oxidizing atmosphere may comprise a mixture of N 2 and water vapor. This atmosphere will be called "wet”.
  • the annealing applied in step c) advantageously has an annealing temperature value of between 900 ° C. and 950 ° C. and an annealing time value of between 5 minutes and 1 hour under a dry atmosphere.
  • the silicon dioxide-based thermal oxide layer 3 formed during step c) advantageously has a non-zero thickness and advantageously less than 30 nm. Such a thickness makes it possible to have few optical losses related to the reflections of the light radiation while maintaining a good quality of passivation.
  • the process advantageously comprises a step d) forming a dielectric layer 5 on the thermal oxide layer 3.
  • the dielectric layer 5 formed during step d) is preferably made of a material based on silicon nitride.
  • the dielectric layer 5 formed in step d) has a thickness adjusted to form an optical antireflection layer.
  • the dielectric layer 5 formed during step d) advantageously has a thickness of between 50 nm and 75 nm.
  • Such an antireflection optical layer makes it possible to reduce the optical losses associated with the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate 1. As illustrated in FIG.
  • the process advantageously comprises a step e) bringing each of the first and second semiconductor regions 100, 1 10 into contact with an electrode E.
  • Step e) comprises a metallization step, preferably carried out by screen printing.
  • the method differs from the mode illustrated in FIGS. 4a to 4e in that the first semiconductor zone 100 is formed at the second surface 1 1 of the substrate 1 during the step a), preferably by a first set of masks, so as to form a first box.
  • the dielectric layer 2 formed during step b) is preferably arranged by a second set of masks, so that the second semiconductor zone 1 10 formed by the boron atoms diffused during step c) forms a second box spaced relative to the first box.
  • the method advantageously comprises a step of forming a semiconductor zone 120 at the first surface 10 of the substrate 1.
  • the semiconductor zone 120 comprises phosphorus or arsenic atoms.
  • the method advantageously comprises a step of forming a dielectric layer (not shown in Figure 2) on the thermal oxide layer 3, said formed dielectric layer being preferably made of a material based on silicon nitride. Said dielectric layer formed has a thickness adjusted to form an optical antireflection layer. Such an antireflection optical layer makes it possible to reduce the optical losses associated with the reflections of the light radiation, and thus to optimize the absorption of the light radiation by the substrate 1.

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Abstract

Ce procédé comporte les étapes a) prévoir un substrat (1) semi-conducteur comportant une première surface (10) et une seconde surface (11) opposée, le substrat (1) comportant une première zone semi-conductrice (100) comprenant des atomes de bore, la première zone semi-conductrice (100) étant destinée à être en contact avec une électrode (E), le procédé étant remarquable en ce qu'il comporte les étapes b) former une couche diélectrique (2) à la seconde surface (11) du substrat (1), la couche diélectrique (2) comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic, c) appliquer un recuit thermique adapté pour diffuser les atomes de phosphore ou d'arsenic de la couche diélectrique (2) jusqu'à la seconde surface (11) du substrat (1) de manière à former une deuxième zone semi-conductrice (110) destinée à être en contact avec une électrode (E), et pour former une couche d'oxyde (3) thermique à la première surface (10) du substrat (1).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE
La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque.
Un premier procédé connu de l'état de la technique, comporte les étapes : aO) prévoir un substrat semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat comportant une première surface et une seconde surface opposée,
bO) implanter des atomes de bore à la première surface du substrat de manière à former une première zone semi-conductrice, la première zone semi- conductrice étant destinée à être en contact avec une électrode,
cO) implanter des atomes de phosphore ou d'arsenic à la seconde surface du substrat de manière à former une deuxième zone semi-conductrice, la deuxième zone semi-conductrice étant destinée à être en contact avec une électrode,
dO) appliquer un recuit thermique au substrat adapté pour activer thermiquement les atomes de bore et les atomes de phosphore ou d'arsenic.
Les première et seconde surfaces du substrat peuvent être exposées à un rayonnement lumineux de manière à obtenir une cellule photovoltaïque de type bifaciale.
Les atomes de bore présentent une température d'activation thermique supérieure à celle des atomes de phosphore ou d'arsenic, de l'ordre de 150°C. La température du recuit thermique est donc imposée par la température d'activation thermique des atomes de bore.
L'exécution de l'étape dO) conduit à une diffusion intempestive des atomes de phosphore à travers le substrat, en raison de la température de recuit qui est trop importante relativement à leur température d'activation thermique. Les atomes de phosphore s'éloignent ainsi de la seconde surface du substrat et la zone de contact correspondante pour une électrode peut devenir inopérante.
L'exécution de l'étape dO) conduit à une exo-diffusion des atomes d'arsenic hors du substrat, avec comme conséquence une diminution de leur concentration surfacique, et la zone de contact correspondante pour une électrode peut devenir inopérante. Afin de pallier les inconvénients précités, un deuxième procédé connu de l'état de la technique comporte les étapes successives :
a01 ) prévoir un substrat semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat comportant une première surface et une seconde surface opposée,
b01 ) implanter des atomes de bore à la première surface du substrat de manière à former une première zone semi-conductrice, la première zone semi- conductrice étant destinée à être en contact avec une électrode,
c01 ) appliquer un recuit thermique au substrat adapté pour activer thermiquement les atomes de bore,
d01 ) implanter des atomes de phosphore ou d'arsenic à la seconde surface du substrat de manière à former une deuxième zone semi-conductrice, la deuxième zone semi-conductrice étant destinée à être en contact avec une électrode,
e01 ) appliquer un recuit thermique au substrat adapté pour activer thermiquement les atomes de phosphore ou d'arsenic.
Ainsi, un tel deuxième procédé de l'état de la technique permet d'appliquer les recuits thermiques lors d'étapes distinctes, et d'éviter par là-même une diffusion intempestive des atomes de phosphore à travers le substrat, ou une exo-diffusion des atomes d'arsenic hors du substrat.
La fabrication d'une cellule photovoltaïque se poursuit classiquement par la formation d'une première et d'une seconde couches diélectriques respectivement sur la première et la seconde surfaces du substrat afin de les passiver, les première et seconde couches diélectriques étant des couches d'oxyde thermique.
Or, ce deuxième procédé de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où la vitesse de formation de la seconde couche diélectrique est supérieure à celle de la première couche diélectrique car la concentration surfacique des atomes de phosphore ou d'arsenic est classiquement supérieure à celle des atomes de bore. Il peut en résulter la formation d'une seconde couche diélectrique trop épaisse qui ne permet pas d'obtenir un contact électrique, par exemple par sérigraphie. La présente invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités, et concerne à cet effet un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes :
a) prévoir un substrat semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat comportant une première surface et une seconde surface opposée,
a1 ) former une première zone semi-conductrice destinée à être en contact avec une électrode, la première zone semi-conductrice étant formée par une implantation d'atomes de bore dans le substrat, le procédé étant remarquable en ce qu'il comporte les étapes :
b) former une couche diélectrique à la seconde surface du substrat, la couche diélectrique comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic, et la couche diélectrique et le substrat formant une structure,
c) appliquer un recuit thermique à la structure adapté pour :
- former une deuxième zone semi-conductrice destinée à être en contact avec une électrode, la deuxième zone semi-conductrice étant formée par une diffusion des atomes de phosphore ou d'arsenic dans le substrat depuis la couche diélectrique jusqu'à la seconde surface du substrat,
- former une couche d'oxyde thermique, à base de dioxyde de silicium, à la première surface du substrat.
Ainsi, un tel procédé selon l'invention permet d'éviter la formation d'une couche diélectrique, de type oxyde thermique, trop épaisse sur la seconde surface du substrat grâce à la formation de la couche diélectrique sur la seconde surface du substrat lors de l'étape b) avant la formation de la couche d'oxyde thermique lors de l'étape c).
En outre, un tel procédé selon l'invention s'affranchit d'une diffusion intempestive des atomes de phosphore à travers le substrat ou d'une exo- diffusion des atomes d'arsenic hors du substrat grâce à l'étape c). L'activation thermique des atomes de bore s'effectue de préférence antérieurement, lors de l'étape a). Par ailleurs, un tel procédé selon l'invention permet de réduire les coûts et le temps d'opération car l'étape c), à elle-seule, permet à la fois de former la deuxième zone semi-conductrice et de passiver la première surface du substrat.
Par « cristallin », on entend la forme polycristalline ou la forme monocristalline du silicium, excluant donc le silicium amorphe. Le dopage de type n du silicium permet d'améliorer le rendement de la cellule photovoltaïque.
Selon un mode de mise en œuvre, l'étape b) comporte une étape b1 ) consistant à former une couche diélectrique additionnelle, de préférence en nitrure de silicium hydrogéné, sur la couche diélectrique, et le recuit thermique est appliqué lors de l'étape c) à la structure comportant la couche diélectrique additionnelle.
Ainsi, une telle couche diélectrique additionnelle forme une barrière de diffusion aux atomes de phosphore ou d'arsenic vers le milieu extérieur, et améliore la passivation de la seconde surface du substrat. La couche diélectrique additionnelle est avantageusement dépourvue d'atomes de phosphore ou d'arsenic.
En outre, un tel matériau permet à la fois d'améliorer la passivation de la seconde surface du substrat et de former une couche optique dite antireflet de par une épaisseur adaptée. La couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat.
Selon une forme d'exécution, le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante, et ledit recuit présente de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure.
Ainsi, un tel budget thermique permet de diffuser les atomes de phosphore ou d'arsenic à la seconde surface du substrat. La température de recuit conditionne principalement la concentration de surface des atomes de phosphore ou d'arsenic tandis que la durée de recuit conditionne principalement la longueur de diffusion thermique desdits atomes. L'atmosphère oxydante permet la formation de la couche d'oxyde thermique à la première surface du substrat.
L'étape c) se déroule de manière continue ; la formation de la deuxième zone semi-conductrice et la formation de la couche d'oxyde thermique sont concomitantes.
Par « budget thermique », on entend le choix d'une valeur de température de recuit et le choix d'une valeur de durée de recuit.
Selon une variante d'exécution, l'étape c) comporte les étapes :
d ) appliquer le recuit thermique selon un premier budget thermique adapté pour diffuser les atomes de phosphore ou d'arsenic de manière à former la deuxième zone semi-conductrice, le premier budget thermique présentant de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure,
c2) appliquer le recuit thermique sous une atmosphère oxydante selon un deuxième budget thermique adapté pour former la couche d'oxyde thermique, le deuxième budget thermique présentant de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 700°C et 800°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure.
Ainsi, la formation de la deuxième zone semi-conductrice et la formation de la couche d'oxyde thermique sont successives, et peuvent être interverties. L'étape d ) est avantageusement exécutée avant l'étape c2).
D'une part, un tel premier budget thermique permet de diffuser les atomes de phosphore ou d'arsenic à la seconde surface du substrat. La température de recuit conditionne principalement la concentration de surface des atomes de phosphore ou d'arsenic tandis que la durée de recuit conditionne principalement la longueur de diffusion thermique desdits atomes.
D'autre part, un tel deuxième budget thermique permet une oxydation thermique de la première surface du substrat, le substrat étant réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin. Selon une forme d'exécution, la couche diélectrique formée lors de l'étape b) est à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < x < y, de préférence hydrogéné.
Ainsi, l'oxynitrure de silicium SiOxNy, 0 < x < y , permet de passiver la seconde surface du substrat, le substrat étant réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin. Lorsque x=0, l'oxynitrure de silicium est un nitrure de silicium. L'oxynitrure de silicium hydrogéné est particulièrement avantageux grâce à la présence d'hydrogène qui améliore la qualité de la passivation. Il n'est donc pas nécessaire de graver la couche diélectrique après l'étape c), puis de déposer une couche de passivation dédiée. Autrement dit, la couche diélectrique peut être conservée après l'étape c) dans le procédé selon l'invention.
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < x≤ 0,05 lors de l'étape b) et après l'étape c).
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0,30 < y≤ 0,55 lors de l'étape b) et après l'étape c).
Selon une variante d'exécution, la couche diélectrique formée lors de l'étape b) est à base de carbure de silicium.
Selon une forme d'exécution, les atomes de phosphore ou d'arsenic dans la couche diélectrique formée lors de l'étape b) présentent une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, et les atomes de phosphore ou d'arsenic dans la couche diélectrique après l'étape c) présentent une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, et de préférence comprise entre 1 % et 5%.
Bien entendu, la proportion atomique des atomes de phosphore ou d'arsenic dans la couche diélectrique après l'étape c) est inférieure à la proportion atomique lors de l'étape b).
Ainsi, lorsque la couche diélectrique formée lors de l'étape b) est à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy, 0 < x < y , de préférence hydrogéné, une telle proportion atomique de phosphore ou d'arsenic permet à la fois de : - former une deuxième zone semi-conductrice et par là-même une zone de contact électrique de bonne qualité, c'est-à-dire avec une concentration atomique surfacique supérieure à 1020 at./cm3, de préférence comprise entre 3x1020 at./cm3 et 5x 1020 at./cm3,
- conserver une bonne qualité de passivation de la couche diélectrique, une proportion atomique trop élevée de phosphore ou d'arsenic affectant les propriétés de passivation.
Selon un mode de mise en œuvre, le recuit thermique appliqué lors de l'étape c) est adapté pour activer thermiquement les atomes de bore de la première zone semi-conductrice implantés lors de l'étape a1 ).
Ainsi, il est possible de s'affranchir d'un recuit thermique dédié pour l'activation thermique des atomes de bore préalablement implantés. Cela peut notamment être le cas lorsque les atomes de bore sont implantés dans le substrat avec une dose faible, c'est-à-dire inférieure à 1015 at./cm2, et avec une énergie comprise entre 5 keV et 15 keV.
Selon une variante de mise en œuvre, l'étape a) comporte une étape a2) consistant à appliquer un recuit thermique au substrat selon un budget thermique adapté pour activer thermiquement les atomes de bore de la première zone semi- conductrice, l'étape a2) étant exécutée avant l'étape b), le recuit thermique appliqué lors de l'étape a2) présentant de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 1000°C et 1 100°C et une valeur de durée de recuit supérieure à 1 minute.
Ainsi, un tel budget thermique permet d'activer thermiquement les atomes de bore.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes :
a) prévoir un substrat semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type p, le substrat comportant une première surface et une seconde surface opposée, a1 ) former une première zone semi-conductrice destinée à être en contact avec une électrode, la première zone semi-conductrice étant formée par une implantation d'atomes de phosphore ou d'arsenic dans le substrat, le procédé étant remarquable en ce qu'il comporte les étapes :
b) former une couche diélectrique à la seconde surface du substrat, la couche diélectrique comportant des atomes de bore, et la couche diélectrique et le substrat formant une structure,
c) appliquer un recuit thermique à la structure adapté pour :
- former une deuxième zone semi-conductrice destinée à être en contact avec une électrode, la deuxième zone semi-conductrice étant formée par une diffusion des atomes de bore dans le substrat depuis la couche diélectrique jusqu'à la seconde surface du substrat,
- former une couche d'oxyde thermique, à base de dioxyde de silicium, à la première surface du substrat.
Lorsque le substrat est réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type p, un recuit à haute température, c'est-à-dire supérieure à 950°C, dégrade la qualité volumique du substrat et par là-même la durée de vie des porteurs de charge. Il n'est donc pas recommandé d'effectuer une implantation d'atomes de bore dans un tel substrat, suivie de leur activation thermique à une température supérieure à 950°C.
Ainsi, un tel procédé selon l'invention permet de remédier à l'inconvénient précité grâce à l'étape b) et au recuit appliqué lors de l'étape c) adapté pour diffuser les atomes de bore depuis la couche diélectrique jusqu'à la seconde surface du substrat. La diffusion des atomes de bore peut s'effectuer à une température comprise entre 900°C et 950°C, et n'occasionne donc pas de dégradation de la qualité volumique du substrat. Par ailleurs, le recuit appliqué lors de l'étape c) permet de simultanément activer thermiquement les atomes de phosphore ou d'arsenic de la première zone semi-conductrice implantés lors de l'étape a1 ), car la température d'activation thermique des atomes de phosphore ou d'arsenic est inférieure à la température de diffusion des atomes de bore. Selon un mode de mise en œuvre, le procédé comporte une étape b1 ) consistant à former une couche diélectrique additionnelle, de préférence en nitrure de silicium hydrogéné, sur la couche diélectrique, et l'étape b1 ) est exécutée de préférence après l'étape c).
Ainsi, une telle couche diélectrique additionnelle améliore la passivation de la seconde surface du substrat. La couche diélectrique additionnelle est avantageusement dépourvue d'atomes de bore.
L'étape b1 ) est exécutée de préférence après l'étape c) de sorte que la couche diélectrique peut être oxydée lorsque le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante. L'oxydation de la couche diélectrique permet d'améliorer la passivation de la seconde surface du substrat.
En outre, un tel matériau permet à la fois d'améliorer la passivation de la seconde surface du substrat et de former une couche optique dite antireflet de par une épaisseur adaptée. La couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat.
Selon une forme d'exécution, le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante, et ledit recuit présente de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 900°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure.
Ainsi, un tel budget thermique permet de :
- diffuser les atomes de bore à la seconde surface du substrat,
- activer thermiquement les atomes de phosphore ou d'arsenic de la première zone semi-conductrice implantés lors de l'étape a1 ).
La température de recuit conditionne principalement la concentration de surface des atomes de bore tandis que la durée de recuit conditionne principalement la longueur de diffusion thermique desdits atomes.
En outre, l'atmosphère oxydante permet :
- la formation de la couche d'oxyde thermique à la première surface du substrat,
- l'oxydation de la couche diélectrique lorsque l'étape b1 ) est exécutée après l'étape c) afin d'améliorer la passivation. L'étape c) se déroule de manière continue ; la formation de la deuxième zone semi-conductrice et la formation de la couche d'oxyde thermique sont concomitantes.
Par « budget thermique », on entend le choix d'une valeur de température de recuit et le choix d'une valeur de durée de recuit.
Selon une forme d'exécution, la couche diélectrique formée lors de l'étape b) est à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < y < x, de préférence hydrogéné.
Ainsi, l'oxynitrure de silicium SiOxNy, 0 < y < x , permet de passiver la seconde surface du substrat, le substrat étant réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin. Lorsque y=0, l'oxynitrure de silicium est un oxyde de silicium. L'oxynitrure de silicium hydrogéné est particulièrement avantageux grâce à la présence d'hydrogène qui améliore la qualité de la passivation.
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie x≥ 0,50 , de préférence 0,50 < x≤ 0,66 , après l'étape c).
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie x < 0,50 lors de l'étape b).
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < y≤ 0,10 , de préférence 0 < y≤ 0,05, lors de l'étape b) et après l'étape c). Selon une variante d'exécution, la couche diélectrique formée lors de l'étape b) est à base de carbure de silicium.
Selon une forme d'exécution, les atomes de bore dans la couche diélectrique formée lors de l'étape b) présentent une proportion atomique comprise entre 10% et 50%, de préférence comprise entre 10% et 30%, et les atomes de bore dans la couche diélectrique après l'étape c) présentent une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, de préférence comprise entre 3% et 8%. Ainsi, lorsque la couche diélectrique formée lors de l'étape b) est à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy, 0 < y < x , de préférence hydrogéné, une telle proportion atomique de bore permet à la fois de :
- former une deuxième zone semi-conductrice et par là-même une zone de contact électrique de bonne qualité, c'est-à-dire avec une concentration atomique surfacique supérieure à 1019 at./cm3, de préférence comprise entre 1019 at./cm3 et 3x 1020 at./cm3,
- conserver une bonne qualité de passivation de la couche diélectrique, une proportion atomique trop élevée de bore affectant les propriétés de passivation.
Selon un mode de réalisation, la première zone semi-conductrice est formée à la première surface du substrat lors de l'étape a).
Ainsi, la cellule photovoltaïque fabriquée présente une architecture de type bifaciale, c'est-à-dire que les première et seconde surfaces du substrat sont destinées à être exposées à un rayonnement lumineux. La première zone semi- conductrice forme un émetteur. La deuxième zone semi-conductrice est de type BSF (acronyme pour « Back Surface Field » en langue anglaise), fortement dopée du même type de dopage que le substrat afin d'améliorer le rendement de la cellule photovoltaïque.
Selon un mode de réalisation, la première zone semi-conductrice est formée à la seconde surface du substrat lors de l'étape a) de manière à former un premier caisson, et la couche diélectrique formée lors de l'étape b) est agencée de sorte que la deuxième zone semi-conductrice formée par les atomes diffusés lors de l'étape c) forme un deuxième caisson espacé relativement au premier caisson.
Ainsi, la cellule photovoltaïque fabriquée présente une architecture de type monofaciale avec des contacts en face arrière interdigités (connue sous l'acronyme IBC pour « Interdigitated Back contact » en langue anglaise). La première surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux. Les premier et deuxième caissons sont destinés à être chacun en contact avec une électrode. La première surface du substrat comporte avantageusement une zone semi-conductrice fortement dopée du même type de dopage que le substrat afin d'améliorer le rendement de la cellule photovoltaïque, ladite zone semi-conductrice étant de type FSF (acronyme pour « Front Surface Field » en langue anglaise).
La présente invention concerne également une cellule photovoltaïque susceptible d'être obtenue par un procédé conforme à l'invention.
Ainsi, une telle cellule photovoltaïque se distingue de l'état de la technique par la présence d'une couche diélectrique formée à la seconde surface du substrat, ladite couche diélectrique comportant des atomes de bore (respectivement des atomes de phosphore ou d'arsenic) qui n'ont pas diffusé jusqu'à la seconde surface du substrat lorsque le substrat est dopé de type n (respectivement dopé de type p). La quantité d'atomes de bore (respectivement d'atomes de phosphore ou d'arsenic) qui n'ont pas diffusé demeure suffisante pour détecter leur présence au sein de la couche diélectrique si bien qu'une telle cellule photovoltaïque peut être détectée aisément par ingénierie inverse.
La présente invention concerne également une cellule photovoltaïque comportant :
- un substrat d'un matériau semi-conducteur à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat comportant une première surface et une seconde surface opposée ;
- des première et deuxième zones semi-conductrices s'étendant respectivement sous la première surface et sous la seconde surface du substrat, la première zone semi-conductrice comportant des atomes de bore, la deuxième zone semi- conductrice comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic ;
- une première couche d'un matériau diélectrique formée à la seconde surface du substrat, le matériau diélectrique étant à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < x < y, le matériau diélectrique comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic et de préférence de l'hydrogène ;
- une couche d'oxyde thermique, à base de dioxyde de silicium, formée à la première surface du substrat.
La première zone semi-conductrice est destinée à être en contact avec une électrode. La deuxième zone semi-conductrice est destinée à être en contact avec une électrode. La première surface ou la seconde surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux.
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < x < 0,05.
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0,30 < y < 0,55.
Avantageusement, les atomes de phosphore ou d'arsenic présentent une proportion atomique dans le matériau diélectrique comprise entre 1 % et 10%, de préférence comprise entre 1 % et 5%.
La présente invention concerne également une cellule photovoltaïque comportant :
- un substrat d'un matériau semi-conducteur à base de silicium cristallin dopé de type p, le substrat comportant une première surface et une seconde surface opposée ;
- des première et deuxième zones semi-conductrices s'étendant respectivement sous la première surface et sous la seconde surface du substrat, la première zone semi-conductrice comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic, la deuxième zone semi-conductrice comportant des atomes de bore ;
- une première couche d'un matériau diélectrique formée à la seconde surface du substrat, le matériau diélectrique étant à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < y < x, le matériau diélectrique comportant des atomes de bore et de préférence de l'hydrogène ;
- une couche d'oxyde thermique, à base de dioxyde de silicium, formée à la première surface du substrat.
La première zone semi-conductrice est destinée à être en contact avec une électrode. La deuxième zone semi-conductrice est destinée à être en contact avec une électrode. La première surface ou la seconde surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux. Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie x≥ 0,50 , de préférence 0,50 < x≤ 0,66.
Avantageusement, l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < y < 0,10 , de préférence 0 < y≤ 0,05.
Avantageusement, les atomes de bore présentent une proportion atomique dans le matériau diélectrique comprise entre 1 % et 10%, de préférence comprise entre 3% et 8%.
Dans un mode de réalisation, la cellule comporte une seconde couche d'un matériau diélectrique formée sur la première couche et, de préférence, sur la couche d'oxyde thermique, le matériau diélectrique de la seconde couche étant à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < x < y , ledit matériau diélectrique comportant de préférence de l'hydrogène.
Avantageusement, la première couche présente une épaisseur comprise entre 3 nm et 100 nm. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre de différents modes de mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe de cellules photovoltaïques d'une première architecture, obtenues à partir d'un procédé selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe de cellules photovoltaïques d'une deuxième architecture, obtenues à partir d'un procédé selon l'invention,
- les figures 3a à 3e sont des vues schématiques en coupe illustrant différentes étapes d'un procédé selon l'invention pour fabriquer des cellules photovoltaïques illustrées à la figure 1 ,
- les figures 4a à 4e sont des vues schématiques en coupe illustrant différentes étapes d'un procédé selon l'invention pour fabriquer des cellules photovoltaïques illustrées à la figure 1 . Pour les différents modes de mise en œuvre, les mêmes références seront utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction, par souci de simplification de la description. Les caractéristiques techniques décrites ci-après pour différents modes de mise en œuvre sont à considérer isolément ou selon toute combinaison techniquement possible.
Le procédé illustré aux figures 3a à 3e est un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes :
a) prévoir un substrat 1 semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat 1 comportant une première surface 10 et une seconde surface 1 1 opposée,
a1 ) former une première zone semi-conductrice 100 destinée à être en contact avec une électrode E, la première zone semi-conductrice 100 étant formée par une implantation d'atomes de bore dans le substrat 1 , les étapes a) et a1 ) étant illustrées à la figure 3a,
b) former une couche diélectrique 2 à la seconde surface 1 1 du substrat 1 , la couche diélectrique 2 comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic, et la couche diélectrique 2 et le substrat 1 formant une structure 1 , 2, l'étape b) étant illustrée à la figure 3b,
c) appliquer un recuit thermique à la structure 1 , 2 adapté pour :
- former une deuxième zone semi-conductrice 1 10 destinée à être en contact avec une électrode E, la deuxième zone semi-conductrice 1 10 étant formée par une diffusion des atomes de phosphore ou d'arsenic dans le substrat 1 depuis la couche diélectrique 2 jusqu'à la seconde surface 1 1 du substrat 1 , - former une couche d'oxyde 3 thermique, à base de dioxyde de silicium, à la première surface 10 du substrat 1 , l'étape c) étant illustrée à la figure 3c.
A titre d'exemple non limitatif, le substrat 1 présente une épaisseur de l'ordre de 150 μιη. La première zone semi-conductrice 100 est formée à la première surface 10 du substrat 1 lors de l'étape a). L'étape a1 ) est avantageusement une implantation ionique exécutée par faisceau d'ions, douche d'ions ou immersion plasma. La génération d'ions peut s'effectuer à partir de gaz précurseurs tels que le BF3 ou le B2H6. La couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) est avantageusement à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0 < x < y , de préférence hydrogéné. Lorsque x=0, l'oxynitrure de silicium est un nitrure de silicium. L'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie avantageusement 0 < x≤ 0,05 lors de l'étape b) et après l'étape c). L'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie avantageusement 0,30 < y≤ 0,55 lors de l'étape b) et après l'étape c). Les atomes de phosphore ou d'arsenic dans la couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) présentent avantageusement une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%. Les atomes de phosphore ou d'arsenic dans la couche diélectrique 2 après l'étape c) présentent avantageusement une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, et de préférence comprise entre 1 % et 5%. Une telle proportion atomique permet d'obtenir une zone de contact électrique de bonne qualité, c'est- à-dire avec une concentration atomique surfacique supérieure à 1020 at./cm3, de préférence comprise entre 3x1020 at./cm3 et 5x 1020 at./cm3 sur les 25 premiers nanomètres du substrat 1 . La couche diélectrique 2 présente avantageusement une épaisseur comprise entre 10 nm et 40 nm. Une telle épaisseur permet d'avoir peu de pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux tout en conservant une bonne qualité de passivation. Lorsque la couche diélectrique 2 est réalisée dans un matériau à base de nitrure de silicium hydrogéné, l'étape b) est avantageusement exécutée par un dépôt chimique en phase vapeur (PECVD pour Plasma-Enhanced Chemical Vapor Déposition en langue anglaise) à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4 et de l'ammoniac NH3. Lorsque la couche diélectrique 2 est réalisée dans un matériau à base d'oxynitrure de silicium hydrogéné, l'étape b) est avantageusement exécutée par un dépôt PECVD à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4 et du protoxyde d'azote N2O. Lorsque la couche diélectrique 2 comporte des atomes de phosphore, lesdits atomes sont avantageusement incorporés au nitrure de silicium hydrogéné ou à l'oxynitrure de silicium hydrogéné par une injection de phosphine PH3 avec les gaz réactifs correspondants. Lorsque la couche diélectrique 2 comporte des atomes d'arsenic, lesdits atomes sont avantageusement incorporés au nitrure de silicium hydrogéné ou à l'oxynitrure de silicium hydrogéné par une injection d'arsine AsH3 avec les gaz réactifs correspondants.
Selon une variante, la couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) est à base de carbure de silicium. L'étape b) est avantageusement exécutée par un dépôt PECVD à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4 et du méthane CH4. Lorsque la couche diélectrique 2 comporte des atomes de phosphore, lesdits atomes sont avantageusement incorporés au carbure de silicium par une injection de phosphine PH3 avec les gaz réactifs. Lorsque la couche diélectrique 2 comporte des atomes d'arsenic, lesdits atomes sont avantageusement incorporés au carbure de silicium par une injection d'arsine AsH3 avec les gaz réactifs.
Le procédé comporte avantageusement une étape b1 ) consistant à former une couche diélectrique additionnelle 4 sur la couche diélectrique 2, le recuit thermique étant appliqué lors de l'étape c) à la structure 1 , 2, 4 comportant la couche diélectrique additionnelle 4. La couche diélectrique additionnelle 4 formée lors de l'étape b1 ) est avantageusement en nitrure de silicium hydrogéné. La couche diélectrique additionnelle 4 présente avantageusement une épaisseur supérieure à 30 nm. L'épaisseur de la couche diélectrique additionnelle 4 est ajustée de manière à former une couche optique antireflet. Une telle couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat 1 .
Selon un mode de mise en œuvre, le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante. L'atmosphère oxydante peut comporter un mélange des gaz N2 et O2 avec un ratio N2/O2 compris de préférence entre 0,2 et 1 . Cette atmosphère sera dite « sèche ». Selon une variante, l'atmosphère oxydante peut comporter un mélange de N2 et de vapeur d'eau. Cette atmosphère sera dite « humide ». L'atmosphère oxydante est avantageusement constituée par un mélange de dioxygène et d'un gaz neutre choisi parmi l'argon, l'azote, ou un mélange d'argon et d'azote. L'atmosphère oxydante est avantageusement dépourvue d'agent dopant telle que la phosphine. Ledit recuit présente avantageusement une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure.
Selon une variante de mise en œuvre, l'étape c) comporte les étapes : c1 ) appliquer le recuit thermique selon un premier budget thermique adapté pour diffuser les atomes de phosphore ou d'arsenic de manière à former la deuxième zone semi-conductrice 1 10, le premier budget thermique présentant de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 mn et 1 h,
c2) appliquer le recuit thermique sous une atmosphère oxydante selon un deuxième budget thermique.
L'étape c2) est avantageusement exécutée sous une atmosphère oxydante « humide » de sorte que le deuxième budget thermique présente une valeur de température de recuit comprise entre 700°C et 800°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure. Une atmosphère oxydante « humide » permet de baisser sensiblement la valeur de température de recuit relativement à une atmosphère oxydante « sèche ».
Selon une forme d'exécution, l'étape a1 ) est exécutée de sorte que les atomes de bore sont implantés dans le substrat 1 avec une dose strictement inférieure à 1015 at./cm2, et avec une énergie comprise entre 5 keV et 15 keV. Alors, le recuit thermique appliqué lors de l'étape c) est adapté pour activer thermiquement les atomes de bore de la première zone semi-conductrice 100. La couche d'oxyde 3 thermique à base de dioxyde de silicium formée lors de l'étape c) présente avantageusement une épaisseur comprise entre 5 nm et 20 nm. Une telle épaisseur permet d'avoir peu de pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux tout en conservant une bonne qualité de passivation.
Selon une variante d'exécution, l'étape a1 ) est exécutée de sorte que les atomes de bore sont implantés dans le substrat 1 avec une dose supérieure à 1015 at./cm2, de préférence comprise entre 1015 at./cm2 et 1016 at./cm2, et avec une énergie comprise entre 5 keV et 15 keV. De tels paramètres d'implantation permettent d'obtenir une zone de contact électrique de bonne qualité, c'est-à-dire avec une concentration atomique surfacique supérieure à 1019 at./cm3, de préférence comprise entre 1019 at./cm3 et 5x 1019 at./cm3. Alors, l'étape a) comporte une étape a2) consistant à appliquer un recuit thermique au substrat 1 selon un budget thermique adapté pour activer thermiquement les atomes de bore de la première zone semi-conductrice 100, l'étape a2) étant exécutée avant l'étape b). Le budget thermique du recuit thermique appliqué lors de l'étape a2) présente avantageusement une valeur de température de recuit comprise entre 1000°C et 1 100°C et une valeur de durée de recuit supérieure à 1 minute. L'étape a2) est avantageusement exécutée sous une atmosphère comportant de l'azote, et en l'absence d'oxygène. L'étape a2) est avantageusement suivie d'une étape de nettoyage chimique du substrat 1 . La couche d'oxyde 3 thermique à base de dioxyde de silicium formée lors de l'étape c) présente avantageusement une épaisseur comprise entre 5 nm et 20 nm. Une telle épaisseur permet d'avoir peu de pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux tout en conservant une bonne qualité de passivation. Comme illustré à la figure 3d, le procédé comporte avantageusement une étape d) former une couche diélectrique 5 sur la couche d'oxyde 3 thermique. La couche diélectrique 5 formée lors de l'étape d) est réalisée de préférence dans un matériau à base de nitrure de silicium. La couche diélectrique 5 formée lors de l'étape d) présente une épaisseur ajustée de manière à former une couche optique antireflet. La couche diélectrique 5 formée lors de l'étape d) présente avantageusement une épaisseur comprise entre 50 nm et 75 nm. Une telle couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat 1 .
Comme illustré à la figure 3e, le procédé comporte avantageusement une étape e) mettre en contact chacune des première et deuxième zones semi- conductrices 100, 1 10 avec une électrode E. L'étape e) comporte une étape de métallisation, de préférence exécutée par sérigraphie.
Selon un mode de mise en œuvre illustré à la figure 2, le procédé diffère du mode illustré aux figures 3a à 3e en ce que la première zone semi-conductrice 100 est formée à la seconde surface 1 1 du substrat 1 lors de l'étape a), de préférence par un premier jeu de masques, de manière à former un premier caisson. La couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) est agencée, de préférence par un deuxième jeu de masques, de sorte que la deuxième zone semi-conductrice 1 10 formée par les atomes de phosphore ou d'arsenic diffusés lors de l'étape c) forme un deuxième caisson espacé relativement au premier caisson. Le procédé comporte avantageusement une étape de formation d'une zone semi-conductrice 120 à la première surface 10 du substrat 1. La zone semi- conductrice 120 comporte des atomes de phosphore ou d'arsenic. La zone semi- conductrice 120 est avantageusement formée par une implantation ionique d'atomes de phosphore ou d'arsenic. Lesdits atomes sont activés thermiquement lors de l'étape c). Le procédé comporte avantageusement une étape consistant à former une couche diélectrique (non illustrée à la figure 2) sur la couche d'oxyde 3 thermique, ladite couche diélectrique formée étant réalisée de préférence dans un matériau à base de nitrure de silicium. Ladite couche diélectrique formée présente une épaisseur ajustée de manière à former une couche optique antireflet. Une telle couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat 1 . La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, illustré aux figures 4a à 4e, le procédé comportant les étapes :
a) prévoir un substrat 1 semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type p, le substrat 1 comportant une première surface 10 et une seconde surface 1 1 opposée,
a1 ) former une première zone semi-conductrice 100 destinée à être en contact avec une électrode E, la première zone conductrice 100 étant formée par une implantation d'atomes de phosphore ou d'arsenic dans le substrat 1 , les étapes a) et a1 ) étant illustrées à la figure 3a,
b) former une couche diélectrique 2 à la seconde surface 1 1 du substrat 1 , la couche diélectrique 2 comportant des atomes de bore, la couche diélectrique 2 et le substrat 1 formant une structure 1 , 2, l'étape b) étant illustrée à la figure 3b, c) appliquer un recuit thermique à la structure 1 , 2 adapté pour : - former une deuxième zone semi-conductrice 1 10 destinée à être en contact avec une électrode E, la deuxième zone semi-conductrice 1 10 étant formée par une diffusion des atomes de bore dans le substrat 1 depuis la couche diélectrique 2 jusqu'à la seconde surface 1 1 du substrat 1 ,
- former une couche d'oxyde 3 thermique, à base de dioxyde de silicium, à la première surface 10 du substrat 1 , l'étape c) étant illustrée à la figure 3c.
A titre d'exemple non limitatif, le substrat 1 présente une épaisseur de l'ordre de 150 μιη. La première zone semi-conductrice 100 est formée à la première surface 10 du substrat 1 lors de l'étape a). L'étape a1 ) est avantageusement une implantation ionique exécutée par faisceau d'ions, douche d'ions ou immersion plasma. L'étape a1 ) est avantageusement exécutée de sorte que les atomes de phosphore ou d'arsenic sont implantés dans le substrat 1 avec une dose comprise :
- entre 1015 et 5x1015 at./cm2 lorsque la première surface 10 du substrat 1 est texturée, de profil pyramidal,
- entre 0,5x1015 et 3x1015 at./cm2 lorsque la première surface 10 du substrat 1 est plane, et polie le cas échéant.
Les atomes de phosphore sont avantageusement implantés lors de l'étape a1 ) avec une énergie comprise entre 5 keV et 15 keV. Les atomes d'arsenic sont avantageusement implantés lors de l'étape a1 ) avec une énergie comprise entre 15 keV et 30 keV.
La couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) est avantageusement à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0 < y < x , de préférence hydrogéné. Lorsque y=0, l'oxynitrure de silicium est un oxyde de silicium. L'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie avantageusement x≥ 0,50, de préférence 0,50 < x≤ 0,66, après l'étape c). L'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie avantageusement 0 < y≤ 0,10, de préférence 0 < y≤ 0,05, lors de l'étape b) et après l'étape c). Les atomes de bore dans la couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) présentent avantageusement une proportion atomique comprise entre 10% et 50%, de préférence comprise entre 10% et 30%. Les atomes de bore dans la couche diélectrique 2 après l'étape c) présentent avantageusement une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, de préférence comprise entre 3% et 8%. La couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) présente avantageusement une teneur en azote supérieure à 5 %, préférentiellement comprise entre 5 et 15 %. La couche diélectrique 2 présente avantageusement une épaisseur comprise entre 3 nm et 100 nm, préférentiellement comprise entre 20 et 35 nm. De telles épaisseurs permettent d'avoir peu de pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux tout en conservant une bonne qualité de passivation. Les étapes a1 ) et b) sont permutables. Lorsque la couche diélectrique 2 est réalisée dans un matériau à base d'un oxynitrure de silicium hydrogéné, l'étape b) est avantageusement exécutée par un dépôt chimique en phase vapeur (PECVD pour Plasma-Enhanced Chemical Vapor Déposition en langue anglaise) à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4 et du protoxyde d'azote N2O. Les atomes de bore sont avantageusement incorporés à l'oxynitrure de silicium hydrogéné par une injection de diborane B2H6 avec les gaz réactifs.
Selon une variante, la couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) est à base de carbure de silicium. L'étape b) est avantageusement exécutée par un dépôt PECVD à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4 et du méthane CH4. Les atomes de bore sont avantageusement incorporés au carbure de silicium par une injection de diborane B2H6 avec les gaz réactifs.
Le procédé comporte avantageusement une étape b1 ) consistant à former une couche diélectrique additionnelle 4 sur la couche diélectrique 2. L'étape b1 ) est illustrée à la figure 3c. L'étape b1 ) est avantageusement exécutée après l'étape c) de sorte que la couche diélectrique 2 peut être oxydée lorsque le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante. L'oxydation de la couche diélectrique 2 permet d'améliorer la passivation de la seconde surface 1 1 du substrat 1 . La couche diélectrique additionnelle 4 est avantageusement en nitrure de silicium hydrogéné. La couche diélectrique additionnelle 4 présente avantageusement une épaisseur supérieure à 30 nm. L'épaisseur de la couche diélectrique additionnelle 4 est ajustée de manière à former une couche optique antireflet. Une telle couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat 1 .
Selon un mode de mise en œuvre, le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante. L'atmosphère oxydante peut comporter un mélange des gaz N2 et O2 avec un ratio N2/O2 compris de préférence entre 0,2 et 1 . Cette atmosphère sera dite « sèche ». Selon une variante, l'atmosphère oxydante peut comporter un mélange de N2 et de vapeur d'eau. Cette atmosphère sera dite « humide ».
Le recuit appliqué lors de l'étape c) présente avantageusement une valeur de température de recuit comprise entre 900°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure, sous une atmosphère sèche.
La couche d'oxyde 3 thermique à base de dioxyde de silicium formée lors de l'étape c) présente avantageusement une épaisseur non nulle et avantageusement inférieure à 30 nm. Une telle épaisseur permet d'avoir peu de pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux tout en conservant une bonne qualité de passivation.
Comme illustré à la figure 4d, le procédé comporte avantageusement une étape d) former une couche diélectrique 5 sur la couche d'oxyde 3 thermique. La couche diélectrique 5 formée lors de l'étape d) est réalisée de préférence dans un matériau à base de nitrure de silicium. La couche diélectrique 5 formée lors de l'étape d) présente une épaisseur ajustée de manière à former une couche optique antireflet. La couche diélectrique 5 formée lors de l'étape d) présente avantageusement une épaisseur comprise entre 50 nm et 75 nm. Une telle couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat 1 . Comme illustré à la figure 4e, le procédé comporte avantageusement une étape e) mettre en contact chacune des première et deuxième zones semi- conductrices 100, 1 10 avec une électrode E. L'étape e) comporte une étape de métallisation, de préférence exécutée par sérigraphie. Selon un mode de mise en œuvre illustré à la figure 2, le procédé diffère du mode illustré aux figures 4a à 4e en ce que la première zone semi-conductrice 100 est formée à la seconde surface 1 1 du substrat 1 lors de l'étape a), de préférence par un premier jeu de masques, de manière à former un premier caisson. La couche diélectrique 2 formée lors de l'étape b) est agencée, de préférence par un deuxième jeu de masques, de sorte que la deuxième zone semi-conductrice 1 10 formée par les atomes de bore diffusés lors de l'étape c) forme un deuxième caisson espacé relativement au premier caisson.
Le procédé comporte avantageusement une étape de formation d'une zone semi-conductrice 120 à la première surface 10 du substrat 1. La zone semi- conductrice 120 comporte des atomes de phosphore ou d'arsenic.
Le procédé comporte avantageusement une étape consistant à former une couche diélectrique (non illustrée à la figure 2) sur la couche d'oxyde 3 thermique, ladite couche diélectrique formée étant réalisée de préférence dans un matériau à base de nitrure de silicium. Ladite couche diélectrique formée présente une épaisseur ajustée de manière à former une couche optique antireflet. Une telle couche optique antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d'optimiser l'absorption du rayonnement lumineux par le substrat 1 .

Claims

Revendications
1 . Procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes : a) prévoir un substrat (1 ) semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat (1 ) comportant une première surface
(10) et une seconde surface (1 1 ) opposée,
a1 ) former une première zone semi-conductrice (100) destinée à être en contact avec une électrode (E), la première zone semi-conductrice (100) étant formée par une implantation d'atomes de bore dans le substrat (1 ), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes :
b) former une couche diélectrique (2) à la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ), la couche diélectrique (2) comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic, et la couche diélectrique (2) et le substrat (1 ) formant une structure (1 , 2),
c) appliquer un recuit thermique à la structure (1 , 2) adapté pour :
- former une deuxième zone semi-conductrice (1 10) destinée à être en contact avec une électrode (E), la deuxième zone semi-conductrice (1 10) étant formée par une diffusion des atomes de phosphore ou d'arsenic dans le substrat (1 ) depuis la couche diélectrique (2) jusqu'à la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ), - former une couche d'oxyde (3) thermique, à base de dioxyde silicium, à la première surface (10) du substrat (1 ).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape b) comporte une étape b1 ) consistant à former une couche diélectrique additionnelle (4), de préférence en nitrure de silicium hydrogéné, sur la couche diélectrique (2), et en ce que le recuit thermique est appliqué lors de l'étape c) à la structure (1 , 2, 4) comportant la couche diélectrique additionnelle (4).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante, et en ce que ledit recuit présente de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape c) comporte les étapes :
c1 ) appliquer le recuit thermique selon un premier budget thermique adapté pour diffuser les atomes de phosphore ou d'arsenic de manière à former la deuxième zone semi-conductrice (1 10), le premier budget thermique présentant de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure,
c2) appliquer le recuit thermique sous une atmosphère oxydante et selon un deuxième budget thermique adapté pour former la couche d'oxyde (3) thermique, le deuxième budget thermique présentant de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 700°C et 800°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche diélectrique (2) formée lors de l'étape b) est à base d'un oxynitrure de silicium
SiOxNy vérifiant 0 < x < y , de préférence hydrogéné.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < x≤ 0,05 lors de l'étape b) et après l'étape c).
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0,30 < y≤ 0,55 lors de l'étape b) et après l'étape c).
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche diélectrique (2) formée lors de l'étape b) est à base de carbure de silicium.
9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les atomes de phosphore ou d'arsenic dans la couche diélectrique (2) formée lors de l'étape b) présentent une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, et en ce que les atomes de phosphore ou d'arsenic dans la couche diélectrique (2) après l'étape c) présentent une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, et de préférence comprise entre 1 % et 5%.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le recuit thermique appliqué lors de l'étape c) est adapté pour activer thermiquement les atomes de bore de la première zone semi-conductrice (100) implantés lors de l'étape a1 ).
1 1 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étape a) comporte une étape a2) consistant à appliquer un recuit thermique au substrat (1 ) selon un budget thermique adapté pour activer thermiquement les atomes de bore de la première zone semi-conductrice (100), l'étape a2) étant exécutée avant l'étape b), le recuit thermique appliqué lors de l'étape a2) présentant de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 1000°C et 1 100°C et une valeur de durée de recuit supérieure à 1 minute.
12. Procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes : a) prévoir un substrat (1 ) semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type p, le substrat (1 ) comportant une première surface (10) et une seconde surface (1 1 ) opposée,
a1 ) former une première zone semi-conductrice (100) destinée à être en contact avec une électrode (E), la première zone semi-conductrice (100) étant formée par une implantation d'atomes de phosphore ou d'arsenic dans le substrat (1 ), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes :
b) former une couche diélectrique (2) à la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ), la couche diélectrique (2) comportant des atomes de bore, et la couche diélectrique (2) et le substrat (1 ) formant une structure (1 , 2),
c) appliquer un recuit thermique à la structure (1 , 2) adapté pour :
- former une deuxième zone semi-conductrice (1 10) destinée à être en contact avec une électrode (E), la deuxième zone semi-conductrice (1 10) étant formée par une diffusion des atomes de bore dans le substrat (1 ) depuis la couche diélectrique (2) jusqu'à la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ),
- former une couche d'oxyde (3) thermique, à base de dioxyde de silicium, à la première surface (10) du substrat (1 ).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une étape b1 ) consistant à former une couche diélectrique additionnelle (4), de préférence en nitrure de silicium hydrogéné, sur la couche diélectrique (2), et en ce que l'étape b1 ) est exécutée de préférence après l'étape c).
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le recuit est appliqué lors de l'étape c) sous une atmosphère oxydante, et en ce que ledit recuit présente de préférence une valeur de température de recuit comprise entre 900°C et 950°C et une valeur de durée de recuit comprise entre 5 minutes et 1 heure.
15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la couche diélectrique (2) formée lors de l'étape b) est à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < y < x , de préférence hydrogéné.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie x≥ 0,50, de préférence 0,50 < x≤ 0,66 , après l'étape c).
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < y≤ 0,10, de préférence 0 < y≤ 0,05, lors de l'étape b) et après l'étape c).
18. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la couche diélectrique (2) formée lors de l'étape b) est à base d'un carbure de silicium.
19. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que les atomes de bore dans la couche diélectrique (2) formée lors de l'étape b) présentent une proportion atomique comprise entre 10% et 50%, de préférence comprise entre 10% et 30%, et en ce que les atomes de bore dans la couche diélectrique (2) après l'étape c) présentent une proportion atomique comprise entre 1 % et 10%, de préférence comprise entre 3% et 8%.
20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la première zone semi-conductrice (100) est formée à la première surface (10) du substrat (1 ) lors de l'étape a).
21 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que la première zone semi-conductrice (100) est formée à la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ) lors de l'étape a) de manière à former un premier caisson, et en ce que la couche diélectrique (2) formée lors de l'étape b) est agencée de sorte que la deuxième zone semi-conductrice (1 10) formée lors de l'étape c) forme un deuxième caisson espacé relativement au premier caisson.
22. Cellule photovoltaïque susceptible d'être obtenue par un procédé selon l'une des revendications 1 à 21 .
23. Cellule photovoltaïque comportant :
- un substrat (1 ) d'un matériau semi-conducteur à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat (1 ) comportant une première surface (10) et une seconde surface (1 1 ) opposée ;
- des première et deuxième zones semi-conductrices (100, 1 10) s'étendant respectivement sous la première surface (10) et sous la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ), la première zone semi-conductrice (100) comportant des atomes de bore, la deuxième zone semi-conductrice (1 10) comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic ;
- une première couche (2) d'un matériau diélectrique formée à la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ), le matériau diélectrique étant à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < x < y , le matériau diélectrique comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic et de préférence de l'hydrogène ;
- une couche d'oxyde (3) thermique, à base de dioxyde de silicium, formée à la première surface (10) du substrat (1 ).
24. Cellule photovoltaïque selon la revendication 23, caractérisée en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < x≤ 0,05.
25. Cellule photovoltaïque selon la revendication 23 ou 24, caractérisée en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0,30 < y≤ 0,55.
26. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisée en ce que les atomes de phosphore ou d'arsenic présentent une proportion atomique dans le matériau diélectrique comprise entre 1 % et 10%, de préférence comprise entre 1 % et 5%.
27. Cellule photovoltaïque comportant :
- un substrat (1 ) d'un matériau semi-conducteur à base de silicium cristallin dopé de type p, le substrat (1 ) comportant une première surface (10) et une seconde surface (1 1 ) opposée ;
- des première et deuxième zones semi-conductrices (100, 1 10) s'étendant respectivement sous la première surface (10) et sous la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ), la première zone semi-conductrice (100) comportant des atomes de phosphore ou d'arsenic, la deuxième zone semi-conductrice (1 10) comportant des atomes de bore ;
- une première couche (2) d'un matériau diélectrique formée à la seconde surface (1 1 ) du substrat (1 ), le matériau diélectrique étant à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < y < x , le matériau diélectrique comportant des atomes de bore et de préférence de l'hydrogène ;
- une couche d'oxyde (3) thermique, à base de dioxyde de silicium, formée à la première surface (10) du substrat (1 ).
28. Cellule photovoltaïque selon la revendication 27, caractérisée en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie x≥ 0,50, de préférence 0,50 < x≤ 0,66.
29. Cellule photovoltaïque selon la revendication 27 ou 28, caractérisée en ce que l'oxynitrure de silicium SiOxNy vérifie 0 < y≤ 0,10, de préférence 0 < y≤ 0,05.
30. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 27 à 29, caractérisée en ce que les atomes de bore présentent une proportion atomique dans le matériau diélectrique comprise entre 1 % et 10%, de préférence comprise entre 3% et 8%.
31 . Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 23 à 30, caractérisée en ce qu'elle comporte une seconde couche (4) d'un matériau diélectrique formée sur la première couche (2) et, de préférence, sur la couche d'oxyde (3) thermique, le matériau diélectrique de la seconde couche (4) étant à base d'un oxynitrure de silicium SiOxNy vérifiant 0 < x < y , ledit matériau diélectrique comportant de préférence de l'hydrogène.
32. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 23 à 31 , caractérisée en ce que la première couche (2) présente une épaisseur comprise entre 3 nm et 100 nm.
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