EP3363054A1 - Procede de fabrication d'une cellule photovoltaique a heterojonction - Google Patents

Procede de fabrication d'une cellule photovoltaique a heterojonction

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EP3363054A1
EP3363054A1 EP16784238.4A EP16784238A EP3363054A1 EP 3363054 A1 EP3363054 A1 EP 3363054A1 EP 16784238 A EP16784238 A EP 16784238A EP 3363054 A1 EP3363054 A1 EP 3363054A1
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EP
European Patent Office
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amorphous silicon
hydrogenated amorphous
silicon layer
layer
doping
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16784238.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Tristan CARRERE
Maria-Delfina MUNOZ
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the field of the invention is that of silicon heterojunction photovoltaic cells and methods of manufacturing such photovoltaic cells.
  • FIG. 1 schematically represents a photovoltaic cell with heterojunction of the prior art.
  • a hydrogenated amorphous silicon layer i) a-Si-H is deposited on each of the faces of a crystalline silicon substrate (n) c-Si.
  • a doped hydrogenated (n) or (p) "(n) a Si-H” or "(p) a Si-H” amorphous silicon layer is then formed on the surface of each of the hydrogenated amorphous silicon layers (i). a-Si-H.
  • a conductive transparent oxide layer TCO is then deposited on each of the doped hydrogenated amorphous silicon (n) or (p) "(n) a Si-H” or “(p) a Si-H” layers. Finally, metal contacts MC are formed on each of the conductive transparent oxide TCO layers.
  • the doped (n) or (p) hydrogenated amorphous silicon layers are formed during a plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD) step in which a doping gas is introduced to boost the layers of hydrogenated amorphous silicon.
  • PECVD plasma-assisted chemical vapor deposition
  • the doping gas introduced is a phosphorus-based precursor such as phosphine.
  • the doping gas introduced is a boron precursor such as diborane.
  • the invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art by proposing a method of manufacturing a heterojunction solar cell which has improved properties.
  • the method according to the invention proposes to provide the doping ions in the hydrogenated amorphous silicon layer by ion implantation through the transparent conductive oxide layer. This makes it possible to limit the damage at the interface between the conductive transparent oxide layer and the crystalline silicon layer due to the ion implantation while improving the electrical and / or optical properties of the transparent conductive oxide.
  • one aspect of the invention relates to a method for manufacturing a heterojunction photovoltaic cell comprising the following steps:
  • the method is therefore particularly advantageous in that it makes it possible to improve the properties of the transparent conductive oxide while retaining good passivation at the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the crystalline silicon layer and good conductivity. for the photovoltaic cell thus formed.
  • the fact of implanting the doping elements by ion implantation through the conductive transparent oxide layer, then annealing the stack obtained makes it possible to limit the degradation of the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the layer of crystalline silicon.
  • the solar cell thus obtained thus has an open circuit voltage and a high form factor due to the good conductivity of the amorphous layer.
  • implanting the doping elements through the conductive transparent oxide layer improves the optical and electrical properties of the transparent conductive oxide layer.
  • the method according to the invention may also have one or more of the following characteristics taken individually or in any technically possible combination.
  • the conductive transparent oxide is zinc oxide (ZnO), one of the following elements being implanted in the hydrogenated amorphous silicon layer during the doping step: B, In, Al, Ga, As, Sb, since they make it possible to dope the layers of hydrogenated amorphous silicon and to improve the properties of ZnO and preferably one of the following elements: B, As, Sb. Indeed, these doping elements are the most effective for doping the hydrogenated amorphous silicon, and to improve the electrical and / or optical properties of ZnO.
  • ZnO zinc oxide
  • the conductive transparent oxide is tin dioxide (Sn0 2 ), one of the following elements being implanted in the hydrogenated amorphous silicon layer during the doping step: Sb, As. each of these doping elements makes it possible to effectively dope the hydrogenated amorphous silicon and to improve the electrical and / or optical properties of the tin dioxide.
  • the conductive transparent oxide is cadmium oxide (CdO), one of the following elements being implanted in the hydrogenated amorphous silicon layer during the doping step: In.
  • this element Dopant effectively dopes hydrogenated amorphous silicon and improves the electrical properties of cadmium oxide.
  • the conductive transparent oxide layer has a thickness of between 80 nm and 120 nm. Indeed, such a thickness is sufficient to protect the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the crystalline silicon layer, while being sufficiently fine so that the hydrogenated amorphous silicon layer can be doped through the transparent conductive oxide.
  • the ion implantation is carried out at an energy of between 15 kV and 300 kV.
  • the ion implantation energy is sufficient for the doping elements to reach the hydrogenated amorphous silicon layer, but not so great that they degrade the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the crystalline silicon substrate. .
  • element B is implanted at an energy of between 15 kV and 35 kV and preferably between 17 kV and 32 kV.
  • the element As is implanted at an energy of between 200 and 250 kV, and preferably between 210 and 250 kV.
  • the element Sb is implanted at an energy of between 250 and 300 kV, and preferably between 260 and 290 kV,
  • the ion implantation is performed with a dose of doping ions of between 5.10 15 and 5.10 17 cm "2.
  • the dose of doping ions is sufficient for the doping elements reach the layer of hydrogenated amorphous silicon, but not too great in order not to degrade the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the crystalline silicon substrate.
  • the method further comprises a step of producing at least one metal contact on the transparent conductive oxide layer.
  • Boosting the hydrogenated amorphous silicon layer through the conductive transparent oxide layer improves conduction between the metal contact and the transparent conductive oxide layer.
  • the hydrogenated amorphous silicon layer has a thickness of between 5 and 30 nm.
  • a second aspect of the invention relates to a photovoltaic cell comprising:
  • a stack comprising:
  • the transparent conductive oxide layer therefore comprises at least one same implanted doping element, as the underlying hydrogenated amorphous silicon layer, which makes it possible to limit the damage at the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the crystalline silicon due to ion implantation while improving the electrical and / or optical properties of the transparent conductive oxide.
  • the photovoltaic cell may also have one or more of the following features taken individually or in any technically possible combination.
  • the doping element has a concentration that is not constant through the depth of the stack.
  • the doping element therefore has a particular profile in these layers: its concentration is not constant in the depth of the stack.
  • the conductive transparent oxide is zinc oxide (ZnO), one of the following elements being implanted in the hydrogenated amorphous silicon layer and in the transparent conductive oxide layer: B, In, Al, Ga, As, Sb, and preferably one of the following: B, As, Sb.
  • ZnO zinc oxide
  • these doping elements are the most effective for doping the hydrogenated amorphous silicon and to improve the electrical and / or optical properties of ZnO.
  • the conductive transparent oxide is tin dioxide (SnO 2), one of the following elements being implanted in the hydrogenated amorphous silicon layer and in the transparent conductive oxide: Sb, As. each of these doping elements makes it possible to effectively dope the hydrogenated amorphous silicon and to improve the electrical and / or optical properties of the tin dioxide.
  • the conductive transparent oxide is cadmium oxide (CdO), one of the following elements being implanted in the amorphous silicon layer
  • this doping element makes it possible to effectively dope the hydrogenated amorphous silicon and to improve the electrical properties of the cadmium oxide.
  • the conductive transparent oxide layer has a thickness of between 80 nm and 120 nm. Indeed, such a thickness is sufficient to protect the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the crystalline silicon layer, while being sufficiently fine so that the hydrogenated amorphous silicon layer can be doped through the transparent conductive oxide.
  • the hydrogenated amorphous silicon layer has a thickness of between 5 and 30 nm.
  • FIG. 1 a schematic representation of a heterojunction photovoltaic cell of the prior art
  • FIGS. 2a to 2e a schematic representation of the steps of a method according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents the evolution of the concentration of doping element in the photovoltaic cell obtained by the method of FIGS. 2a to 2e.
  • FIGS. 2a to 2e A method of manufacturing a heterojunction photovoltaic cell according to an embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 2a to 2e.
  • the method comprises a first step 101 for depositing a hydrogenated amorphous silicon layer 2 on a first face of a crystalline silicon substrate 1.
  • the hydrogenated amorphous silicon layer 2 has a thickness of between 5 nm and 30 nm.
  • the method then comprises a step 102 for depositing a conductive transparent oxide layer 3 on the hydrogenated amorphous silicon layer 2.
  • the conductive transparent oxide layer preferably has a thickness of between and 120 nm.
  • the transparent conductive oxide is preferably one of the following: ZnO, Sn0 2 , CdO.
  • the method then comprises a step 103 for doping the hydrogenated amorphous silicon layer 2 by ion implantation, through the transparent conductive oxide layer 2.
  • the doping elements implanted during this step are preferably chosen from the following list: Al, Ga, B, In, Sb, As.
  • the doping elements are chosen both as a function of the doping that is desired (n or p) for the hydrogenated amorphous silicon layer and function of the transparent conductive oxide which covers it.
  • the doping element can be the one of the following: Sb, As.
  • the doping element may be one of the following : B, In, Al, Ga,
  • the doping element can be one of the following: Sb, As.
  • the doping element may be indium, In.
  • the implantation energy is a function of the doping element.
  • the implantation energy is preferably between 15 and 35 kV, and more preferably between 17 and 32 kV.
  • the implantation dose is preferably between 200 and 250 kV, and more preferably between 210 and 250 kV.
  • the implantation energy is preferably between 250 and 300 kV and more preferably between 260 and 290 kV.
  • the implantation dose is preferably between 5.10 15 and 5.10 17 cm "2.
  • the process then comprises an annealing step 104 in the course of which the stack formed at the end of the ion implantation step is annealed at a temperature of between 150 ° C. and 350 ° C. for a duration between 5 minutes and 3 hours.
  • the annealing step 104 is performed at a fixed value temperature.
  • the ramps to reach the annealing temperature are very short. The temperature can thus go from 0 to 300 ° C in a few seconds. The same process with long ramps would also work.
  • the method then comprises a step of cooling the sample so that the sample is at room temperature. This cooling is obtained naturally in the air.
  • the method may then comprise a step 105 for forming metal contacts 4 on the transparent conductive oxide layer 3.
  • the photovoltaic cell shown in FIG. 2e is then obtained.
  • This photovoltaic cell is particularly remarkable in that the same doping element is implanted both in the hydrogenated amorphous silicon layer (2) and in the transparent conductive oxide layer (3), which makes it possible to limit the damage to the interface between the hydrogenated amorphous silicon layer and the crystalline silicon layer due to the ion implantation while improving the electrical and / or optical properties of the transparent conductive oxide.
  • the doping element has a concentration that is not constant across the depth of the stack formed by the hydrogenated amorphous silicon layer (2) and in the transparent conductive oxide layer (3).
  • the doping element therefore has a particular profile in these layers: its concentration is not constant in the depth of the stack.
  • the profile of the doping element in the stack is shown more precisely in FIG. 3. As shown in this figure, the profile of the doping element is particularly remarkable in that the implanted dopant concentration varies as a function of the depth. which one is in the stack.
  • the doping element concentration varies both in the conductive transparent oxide layer and in the silicon layer hydrogenated amorphous. Variations in the doping element concentration are continuous in the transparent conductive oxide layer. The variations in the doping element concentration are continuous in the hydrogenated amorphous silicon layer.
  • the doping element concentration increases to a maximum as one travels through the conductive transparent oxide layer from the surface of the conductive transparent oxide layer to the hydrogenated amorphous silicon layer. The maximum concentration of doping element is in the transparent conductive oxide layer.
  • the concentration of doping element then decreases continuously, when moving from the maximum towards the substrate.
  • the concentration decreases continuously in the hydrogenated amorphous silicon layer.
  • a single face of the substrate is covered with a doped hydrogenated amorphous silicon layer, a conductive transparent oxide layer and metal contacts.
  • a second face of the substrate could also be covered with a layer of doped hydrogenated amorphous silicon, a transparent conductive oxide layer and metal contacts, by implementing the method according to the invention or by implementing another process.
  • the doping step could take place not just after the step of depositing the transparent conductive oxide layer, but after the step of forming the metal contacts, which makes it possible to change the optical properties of the Transparent oxide conductive keeping good electrical properties under contact.
  • the invention can also be applied to the manufacture of a hybrid tandem photovoltaic cell, combining a silicon-based heterojunction with a cell based on perovskite material.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comportant les étapes suivantes : - dépôt d'une couche en silicium amorphe hydrogéné (2) sur un substrat en silicium cristallin (1), la couche en silicium amorphe hydrogéné (2) présentant une épaisseur comprise entre 5 et 30 nm; - dépôt d'une couche d'oxyde transparent conducteur (3) sur la couche en silicium amorphe hydrogéné (2), - dopage de la couche en silicium amorphe hydrogéné (2) par implantation ionique à travers la couche d'oxyde transparent conducteur (3); - puis recuit à une température comprise entre 150°C et 350°C pendant une durée comprise entre 5 minutes et 3 heures.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE CELLULE PHOTOVOLTAIQUE A
HETEROJONCTION
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui des cellules photovoltaïques à hétérojonction silicium et des procédés de fabrication de telles cellules photovoltaïques.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR
La figure 1 représente schématiquement une cellule photovoltaïque à hétérojonction de l'art antérieur. Lors de la fabrication d'une telle cellule photovoltaïque à hétérojonction, une couche en silicium amorphe hydrogéné (i) a-Si-H est déposée sur chacune des faces d'un substrat en silicium cristallin (n) c-Si. Une couche en silicium amorphe hydrogéné dopé (n) ou (p) « (n) a Si-H » ou « (p) a Si-H » est ensuite formée à la surface de chacune des couches en silicium amorphe hydrogéné (i) a-Si-H. Une couche d'oxyde transparent conducteur TCO est ensuite déposée sur chacune des couches en silicium amorphe hydrogéné dopé (n) ou (p) « (n) a Si-H » ou « (p) a Si-H ». Enfin des contacts métalliques MC sont formés sur chacune des couches en oxyde transparent conducteur TCO.
Dans les procédés de l'art antérieur, les couches en silicium amorphe hydrogéné dopé (n) ou (p) sont formées lors d'une étape de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) au cours de laquelle un gaz dopant est introduit afin de doper les couches en silicium amorphe hydrogéné.
Lorsque l'on veut obtenir une couche en silicium amorphe hydrogéné dopé (n), le gaz dopant introduit est un précurseur à base de phosphore tel que la phosphine. Lorsque l'on veut obtenir une couche en silicium amorphe hydrogéné dopé (p), le gaz dopant introduit est un précurseur à base de bore tel que le diborane.
Toutefois, ces procédés ne permettent pas de doper de manière sélective et ciblée certaines parties de chaque couche en silicium amorphe hydrogéné. En effet, le dopage par introduction d'un gaz dopant lors de l'étape de dépôt par PECVD permet uniquement de doper l'ensemble de la couche en silicium amorphe hydrogéné et non pas des parties choisies de cette couche. D'autres procédés de l'art antérieur, comme par exemple celui du document US2012/0279562, proposent de réaliser le dopage de la couche en silicium amorphe hydrogéné par implantation ionique. Toutefois, la cellule solaire photovoltaïque ainsi réalisée présente des performances dégradées. En effet, comme expliqué dans le document Defresne, A.; Plantevin, O.; Sobkowicz, I.; Bourçois, J. & i Cabarrocas, P. R., « Interface defects in a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells », Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2015, le fait d'implanter des atomes dans une couche de silicium amorphe fine,, dégrade fortement l'interface entre la couche en silicium amorphe et le substrat en silicium cristallin. La cellule solaire ainsi obtenue présente alors une tension de circuit ouvert plus faible, ainsi que des rendements plus faibles.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé de fabrication d'une cellule solaire à hétérojonction qui présente des propriétés améliorées.
Pour ce faire, le procédé selon l'invention propose d'apporter les ions dopants dans la couche de silicium amorphe hydrogéné par implantation ionique à travers la couche d'oxyde transparent conducteur. Cela permet de limiter les dégâts à l'interface entre la couche d'oxyde transparent conducteur et la couche de silicium cristallin dus à l'implantation ionique tout en améliorant les propriétés électriques et/ou optiques de l'oxyde transparent conducteur.
Plus précisément, un aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comportant les étapes suivantes :
- dépôt d'une couche en silicium amorphe hydrogéné sur un substrat en silicium cristallin;
- dépôt d'une couche d'oxyde transparent conducteur sur la couche en silicium amorphe hydrogéné,
- dopage de la couche en silicium amorphe hydrogéné par implantation ionique à travers la couche d'oxyde transparent conducteur;
- recuit à une température comprise entre 150°C et 350 °C pendant une durée comprise entre 5 minutes et 3 heures. Le procédé est donc particulièrement avantageux en ce qu'il permet d'améliorer les propriétés de l'oxyde transparent conducteur tout en conservant une bonne passivation à l'interface entre la couche de silicium amorphe hydrogéné et la couche de silicium cristallin et une bonne conductivité pour la cellule photovoltaïque ainsi formée. En effet, le fait d'implanter les éléments dopants par implantation ionique à travers la couche d'oxyde transparent conducteur, puis de recuire l'empilement obtenu permet de limiter la dégradation de l'interface entre la couche de silicium amorphe hydrogéné et la couche de silicium cristallin. La cellule solaire ainsi obtenue présente donc une tension de circuit ouvert et un facteur de forme élevé grâce à la bonne conductivité de la couche amorphe. En outre, le fait d'implanter les éléments dopants à travers la couche d'oxyde transparent conducteur permet d'améliorer les propriétés optiques et électriques de la couche d'oxyde transparent conducteur.
Le procédé selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'oxyde transparent conducteur est de l'oxyde de zinc (ZnO), un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné lors de l'étape de dopage: B, In, Al, Ga, As, Sb, car ils permettent de doper les couches de silicium amorphe hydrogéné et d'améliorer les propriétés du ZnO et de préférence l'un des éléments suivants : B, As, Sb. En effet, ces éléments dopants sont les plus efficaces pour doper le silicium amorphe hydrogéné, et d'améliorer les propriétés électriques et/ou optiques de ZnO.
Selon un autre mode de réalisation, l'oxyde transparent conducteur est du dioxyde d'étain (Sn02), un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné lors de l'étape de dopage : Sb, As. En effet, chacun de ces éléments dopants permet de doper efficacement le silicium amorphe hydrogéné et d'améliorer les propriétés électriques et/ou optiques du dioxyde d'étain.
Selon un mode de réalisation, l'oxyde transparent conducteur est de l'oxyde de cadmium (CdO), un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné lors de l'étape de dopage : In. En effet, cet élément dopant permet de doper efficacement le silicium amorphe hydrogéné et d'améliorer les propriétés électriques de l'oxyde de cadmium. Avantageusement, la couche d'oxyde transparent conducteur présente une épaisseur comprise entre 80 nm et 120 nm. En effet, une telle épaisseur est suffisante pour protéger l'interface entre la couche en silicium amorphe hydrogéné et la couche en silicium cristallin, tout en étant suffisamment fine pour que l'on puisse doper la couche en silicium amorphe hydrogéné à travers la couche d'oxyde transparent conducteur.
Avantageusement, l'implantation ionique est effectuée à une énergie comprise entre 15 kV et 300 kV. Ainsi, l'énergie d'implantation ionique est suffisante pour que les éléments dopants atteignent la couche en silicium amorphe hydrogéné mais pas trop importante pour ne pas qu'ils dégradent l'interface entre la couche en silicium amorphe hydrogéné et le substrat en silicium cristallin.
Avantageusement, l'élément B est implanté à une énergie comprise entre 15kV et 35kV et de préférence entre 17 kV et 32 kV.
Avantageusement, l'élément As est implanté à une énergie comprise entre 200 et 250kV, et de préférence entre 210 et 250 kV.
Avantageusement, l'élément Sb est implanté à une énergie comprise entre 250 et 300kV, et de préférence entre 260 et 290 kV,
Avantageusement, l'implantation ionique est réalisée avec une dose en ions dopants comprise entre 5.1015 et 5.1017 cm"2. Ainsi, la dose en ions dopants est suffisante pour que des éléments dopants atteignent la couche en silicium amorphe hydrogéné mais pas trop importante pour ne pas qu'ils dégradent l'interface entre la couche en silicium amorphe hydrogéné et le substrat en silicium cristallin.
Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape de réalisation d'au moins un contact métallique sur la couche d'oxyde transparent conducteur. Le fait de doper la couche de silicium amorphe hydrogéné à travers la couche d'oxyde transparent conducteur permet d'améliorer la conduction entre le contact métallique et la couche d'oxyde transparent conducteur.
Avantageusement, la couche en silicium amorphe hydrogéné présente une épaisseur comprise entre 5 et 30 nm. Un deuxième aspect de l'invention concerne une cellule photovoltaïque comportant :
- un substrat en silicium cristallin ;
- un empilement comportant :
o une couche en silicium amorphe hydrogéné déposée sur le substrat en silicium cristallin;
o une couche d'oxyde transparent conducteur déposée sur la couche en silicium amorphe hydrogéné,
Caractérisé en ce que au moins un élément dopant est implanté à la fois dans la couche en silicium amorphe hydrogéné et dans la couche d'oxyde transparent conducteur.
La couche d'oxyde transparent conducteur comporte donc au moins un même élément dopant implanté, que la couche en silicium amorphe hydrogénée sous-jacente, ce qui permet de limiter les dégâts à l'interface entre la couche en silicium amorphe hydrogéné et la couche de silicium cristallin dus à l'implantation ionique tout en améliorant les propriétés électriques et/ou optiques de l'oxyde transparent conducteur.
La cellule photovoltaïque peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci- après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Avantageusement, l'élément dopant présente une concentration qui n'est pas constante à travers la profondeur de l'empilement. L'élément dopant présente donc un profil particulier dans ces couches: sa concentration n'est pas constante dans la profondeur de l'empilement.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'oxyde transparent conducteur est de l'oxyde de zinc (ZnO), un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné et dans la couche d'oxyde transparent conducteur: B, In, Al, Ga, As, Sb, et de préférence l'un des éléments suivants : B, As, Sb. En effet, ces éléments dopants sont les plus efficaces pour doper le silicium amorphe hydrogéné et d'améliorer les propriétés électriques et/ou optiques de ZnO.
Selon un autre mode de réalisation, l'oxyde transparent conducteur est du dioxyde d'étain (Sn02), un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné et dans l'oxyde transparent conducteur: Sb, As. En effet, chacun de ces éléments dopants permet de doper efficacement le silicium amorphe hydrogéné et d'améliorer les propriétés électriques et/ou optiques du dioxyde d'étain.
Selon un mode de réalisation, l'oxyde transparent conducteur est de l'oxyde de cadmium (CdO), un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné et dans la couche d'oxyde transparent conducteur : In. En effet, cet élément dopant permet de doper efficacement le silicium amorphe hydrogéné et d'améliorer les propriétés électriques de l'oxyde de cadmium.
Avantageusement, la couche d'oxyde transparent conducteur présente une épaisseur comprise entre 80 nm et 120 nm. En effet, une telle épaisseur est suffisante pour protéger l'interface entre la couche en silicium amorphe hydrogéné et la couche en silicium cristallin, tout en étant suffisamment fine pour que l'on puisse doper la couche en silicium amorphe hydrogéné à travers la couche d'oxyde transparent conducteur.
Avantageusement, la couche en silicium amorphe hydrogéné présente une épaisseur comprise entre 5 et 30 nm.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui représentent :
- La figure 1 , une représentation schématique d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction de l'art antérieur ;
Les figures 2a à 2e, une représentation schématique des étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ;
- La figure 3 représente l'évolution de la concentration en élément dopant dans la cellule photovoltaïque obtenue par le procédé des figures 2a à 2e.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION
Un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction selon un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en références aux figures 2a à 2e.
En référence à la figure 2a, le procédé comporte une première étape 101 de dépôt d'une couche en silicium amorphe hydrogéné 2 sur une première face d'un substrat en silicium cristallin 1 . La couche en silicium amorphe hydrogéné 2 présente une épaisseur comprise entre 5 nm et 30 nm.
En référence à la figure 2b, le procédé comporte ensuite une étape 102 de dépôt d'une couche d'oxyde transparent conducteur 3 sur la couche en silicium amorphe hydrogéné 2. La couche d'oxyde transparent conducteur présente de préférence une épaisseur comprise entre 80 et 120 nm. L'oxyde transparent conducteur est de préférence l'un des suivants : ZnO, Sn02, CdO.
En référence à la figure 2c, le procédé comporte ensuite une étape 103 de dopage de la couche en silicium amorphe hydrogéné 2 par implantation ionique, à travers la couche d'oxyde transparent conducteur 2. Les éléments dopants implantés lors de cette étape sont de préférence choisis dans la liste suivante : Al, Ga, B, In, Sb, As. Les éléments dopants sont choisis à la fois en fonction du dopage que l'on veut obtenir (n ou p) pour la couche en silicium amorphe hydrogéné et en fonction de l'oxyde transparent conducteur qui la recouvre.
Plus précisément, lorsque l'oxyde transparent conducteur est de l'oxyde de zinc (ZnO), et que l'on souhaite avoir un dopage de type « n » pour la couche en silicium amorphe hydrogéné, l'élément dopant peut être l'un des suivants : Sb, As.
Lorsque l'oxyde transparent conducteur est de l'oxyde de zinc (ZnO), et que l'on souhaite avoir un dopage de type « p » pour la couche en silicium amorphe hydrogéné, l'élément dopant peut être l'un des suivants : B, In, Al, Ga,
Lorsque l'oxyde transparent conducteur est du Sn02, et que l'on souhaite avoir un dopage de type « n » pour la couche en silicium amorphe hydrogéné, l'élément dopant peut être l'un des suivants : Sb, As.
Lorsque l'oxyde transparent conducteur est du CdO, et que l'on souhaite avoir un dopage de type « p » pour la couche en silicium amorphe hydrogéné, l'élément dopant peut être de l'indium, In.
L'énergie d'implantation est fonction de l'élément dopant.
Par exemple, lorsque l'élément dopant est B, l'énergie d'implantation est de préférence comprise entre 15 et 35 kV, et plus préférentiellement entre 17 et 32 kV.
Lorsque l'élément dopant est As, la dose d'implantation est de préférence comprise entre 200 et 250 kV, et plus préférentiellement entre 210 et 250 kV.
Lorsque l'élément dopant est Sb, l'énergie d'implantation est de préférence comprise entre 250 et 300 kV et plus préférentiellement entre 260 et 290 kV La dose d'implantation est de préférence comprise entre 5.1015 et 5.1017 cm"2.
En référence à la 2d, la procédé comporte ensuite une étape de recuit 104 au cours de laquelle l'empilement formé à l'issue de l'étape d'implantation ionique est recuit à une température comprise entre 150 °C et 350 °C, pour unedurée comprise entre 5 minutes et 3 heures.
L'étape de recuit 104 est réalisé à une température de valeur fixe. Les rampes pour arriver à la température de recuit sont très courtes. La température peut ainsi passer de 0 à 300 °C en quelques secondes. Le même procédé avec des rampes longues fonctionnerait également.
Le procédé comporte ensuite une étape de refroidissement de l'échantillon de façon à ce que l'échantillon soit à température ambiante. Ce refroidissement est obtenu naturellement à l'air.
En référence à la figure 2e, le procédé peut ensuite comporter une étape 105 de formation de contacts métalliques 4 sur la couche d'oxyde transparent conducteur 3.
On obtient alors la cellule photovoltaïque représentée sur la figure 2e. Cette cellule photovoltaïque est particulièrement remarquable en ce que le même élément dopant est implanté à la fois dans la couche en silicium amorphe hydrogéné (2) et dans la couche d'oxyde transparent conducteur (3) ce qui permet de limiter les dégâts à l'interface entre la couche en silicium amorphe hydrogéné et la couche de silicium cristallin dus à l'implantation ionique tout en améliorant les propriétés électriques et/ou optiques de l'oxyde transparent conducteur. L'élément dopant présente une concentration qui n'est pas constante à travers la profondeur de l'empilement formé par la couche en silicium amorphe hydrogéné (2) et dans la couche d'oxyde transparent conducteur (3). L'élément dopant présente donc un profil particulier dans ces couches: sa concentration n'est pas constante dans la profondeur de l'empilement.
Le profil de l'élément dopant dans l'empilement est représenté plus précisément sur la figure 3. Comme représenté sur cette figure, le profil de l'élément dopant est particulièrement remarquable en ce que la concentration en dopant implanté varie en fonction de la profondeur à laquelle on se trouve dans l'empilement. La concentration en élément dopant varie à la fois dans la couche en oxyde transparent conducteur et dans la couche en silicium amorphe hydrogéné. Les variations de la concentration en élément dopant sont continues dans la couche en oxyde transparent conducteur. Les variations de la concentration en élément dopant sont continues dans la couche en silicium amorphe hydrogéné. La concentration en élément dopant augmente jusqu'à un maximum lorsque l'on se déplace dans la couche en oxyde transparent conducteur à partir de la surface de la couche en oxyde transparent conducteur vers la couche en silicium amorphe hydrogéné. La concentration maximale en élément dopant se trouve dans la couche en oxyde transparent conducteur. La concentration en élément dopant diminue ensuite continûment, lorsque l'on se déplace depuis le maximum vers le substrat. La concentration diminue continûment dans la couche en silicium amorphe hydrogéné.
Naturellement l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, le procédé a été décrit dans le cas où une seule face du substrat est recouverte d'une couche en silicium amorphe hydrogéné dopé, d'une couche d'oxyde transparent conducteur et de contacts métalliques. Toutefois, une seconde face du substrat pourrait également être recouverte d'une couche en silicium amorphe hydrogéné dopé, d'une couche d'oxyde transparent conducteur et de contacts métalliques, en mettant en œuvre le procédé selon l'invention ou en mettant en œuvre un autre procédé.
Par ailleurs, l'étape de dopage pourrait avoir lieu non pas juste après l'étape de dépôt de la couche d'oxyde transparent conducteur, mais après l'étape de formation des contacts métalliques, ce qui permet de changer les propriétés optiques de l'oxyde transparent conducteur en gardant de bonnes propriétés électriques sous le contact.
Enfin, l'invention peut également s'appliquer à la fabrication d'une cellule photovoltaïque tandem hybride, combinant une hétérojonction à base de silicium avec une cellule à base de matériau pérovskite.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comportant les étapes suivantes :
- dépôt d'une couche en silicium amorphe hydrogéné (2) sur un substrat en silicium cristallin (1 );
- dépôt d'une couche d'oxyde transparent conducteur (3) sur la couche en silicium amorphe hydrogéné (2),
- dopage de la couche en silicium amorphe hydrogéné (2) par implantation ionique à travers la couche d'oxyde transparent conducteur (3);
- puis recuit à une température comprise entre Ι δΟ 'Ό et 350 °C pendant une durée comprise entre 5 minutes et 3 heures.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'oxyde transparent conducteur est du ZnO, un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné lors de l'étape de dopage : B, In, Al, Ga, As, Sb,, et de préférence l'un des éléments suivants : B, As, Sb.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'oxyde transparent conducteur est du dioxyde d'étain, un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné lors de l'étape de dopage: Sb,, As.
4. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'oxyde transparent conducteur est de l'oxyde de cadmium, un des éléments suivants étant implanté dans la couche en silicium amorphe hydrogéné lors de l'étape de dopage : In.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche d'oxyde transparent conducteur présente une épaisseur comprise entre 80 et 120 nm.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'implantation ionique est effectuée à une énergie comprise entre 15 et 300 kV.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'implantation ionique est réalisée à partir d'un gaz précurseur comporte une dose en ions dopants comprise entre 5.10 5 et 5.10 7 crrf2.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une étape de réalisation d'au moins un contact métallique sur la couche d'oxyde transparent conducteur.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche en silicium amorphe hydrogéné (2) présente une épaisseur comprise entre 5 et 30 nm.
10. Cellule photovoltaïque comportant :
- un substrat en silicium cristallin (1 ) ;
- un empilement comportant :
o une couche en silicium amorphe hydrogéné (2) déposée sur le substrat en silicium cristallin (1 );
o une couche d'oxyde transparent conducteur (3) déposée sur la couche en silicium amorphe hydrogéné (2),
Caractérisé en ce que au moins un élément dopant est implanté à la fois dans la couche en silicium amorphe hydrogéné (2) et dans la couche d'oxyde transparent conducteur (3).
1 1 . Cellule photovoltaïque selon la revendication précédente, dans laquelle l'élément dopant présente une concentration qui n'est pas constante à travers la profondeur de l'empilement.
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