EP4046206A1 - Clivage de plaque pour la fabrication de cellules solaires - Google Patents

Clivage de plaque pour la fabrication de cellules solaires

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Publication number
EP4046206A1
EP4046206A1 EP20824306.3A EP20824306A EP4046206A1 EP 4046206 A1 EP4046206 A1 EP 4046206A1 EP 20824306 A EP20824306 A EP 20824306A EP 4046206 A1 EP4046206 A1 EP 4046206A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
notch
face
solar cell
silicon
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.)
Pending
Application number
EP20824306.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-François Lelievre
Mickaël ALBARIC
Samuel Harrison
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 EP4046206A1 publication Critical patent/EP4046206A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • 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
    • H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction 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
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P90/00—Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
    • H10P90/12—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H10P90/18—Preparing bulk and homogeneous wafers by shaping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—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 application relates to the field of solar cells also called photovoltaic cells. It applies in particular to devices with solar cell (s) resulting from the assembly of portions of silicon wafers. It relates more particularly to an improved method of dividing a silicon wafer to produce a solar cell or an assembly of solar cells.
  • a solar cell is usually formed on a wafer of semiconductor material, typically silicon, commonly referred to as a "wafer”.
  • half-cell For certain applications, it may be necessary to want to cut such a plate into several portions and produce half-cells ("half-cell" according to English terminology).
  • a particular application relates to the implementation of a solar module architecture of the type called “shingle”.
  • Document US2017 / 0077343 ° A1 presents for example such a type of solar module.
  • the implementation of a shingle type architecture provides for the assembly of half-cells or portions of cells which are made to overlap with one another.
  • the half-cells or portions of cells are typically obtained by cutting a plate (wafer) on which a solar cell has been at least partially produced.
  • Laser cutting uses high temperatures, typically of the order of 800 ° C, which can prove to be troublesome, in particular for the making certain types of cells such as, for example, heterojunction cells (HET) made at low temperature typically at a temperature below 250 ° C and preferably below 200 ° C.
  • HET heterojunction cells
  • Cutting with a blade is a technique commonly used in the field of microelectronics to divide a wafer into elementary portions. Such a method tends to remove a significant portion of material.
  • An embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a silicon support, in particular for a solar cell, comprising steps consisting in:
  • A) Provide a silicon wafer with an upper face, a lower face opposite to the upper face and side faces, the side faces following a crystalline orientation '(110)' and connecting between them the upper face and the lower side,
  • the notch may be formed through another side face which is orthogonal to said given side face (41c) of the plate and / or may be formed through a given face of said top and bottom faces.
  • the mechanical action may consist in applying a force, in particular on said upper face or the lower face of the plate.
  • the mechanical action may be a collision of a striker element with the plate or another element in contact or near the plate.
  • this percussion is carried out near the notch or at the level of the notch or on the notch.
  • the notch or notches is or are formed using a laser. This makes it possible in particular to quickly produce a notch and to obtain precise positioning of the notch (s).
  • the notch has a depth P at least equal to 1/3 of a thickness e of the plate, e and P being dimensions measured between said upper face and said lower face of the plate.
  • the notch is made through said other side face of the plate. This can make it possible in particular to be able to make a cut on a plate covered, or being covered, by another plate or by another object. This can also make it possible not to alter a face on which the constituent elements of a solar cell are provided or are already produced.
  • step B) of making the notch the plate can be placed in a group or a stack of several plates.
  • at least one other notch is made on at least one side face of at least one other plate of said group or of said stack.
  • the notches made can be aligned with each other. This makes it possible to save time compared to a method in which these notches would be made on the respective upper or lower faces of a group of plates. Making several notches on a stack of plates or on a group of plates by exposure to a laser of a lateral edge of the stack or of the group of plates is all the more rapid.
  • the mechanical action carried out in step C) can be a collision by means of a striker element and applied to said group of plates or to said stack of plates in which one made notches or on another group of several plates or on another stack of several plates.
  • the first portion can be assembled with another portion of silicon or else with said second portion in order to produce a solar or photovoltaic module.
  • the plate on which the notch is made is typically a rectangular plate, or pseudo-rectangular, in particular square or pseudo-square.
  • This plate may be obtained by cutting a cylindrical ingot obtained by drawing and which comprises, after drawing, marks extending over lateral areas of the ingot.
  • the method can then further comprise steps consisting in:
  • the plate may have been subjected beforehand to step B) to one or more steps or even to the technological steps for producing a solar cell.
  • the cleavage process according to the invention makes it possible to adapt to a plate which has already undergone one or more steps in the manufacture of a solar cell, while limiting the risks of deterioration of this cell.
  • step B a step of forming metallic elements, in particular metallic contacts, is carried out on said plate.
  • step B) can be carried out after the deposition of a layer, typically made of amorphous silicon, serving to form this hetero-junction.
  • step B) and step C) can also be carried out on said plate before the production of a passivation layer.
  • a method according to the invention applies most particularly to the manufacture of heterojunction solar cells for which the thermal budget constraints are important.
  • Fig. 1 serves to illustrate a formation of a silicon ingot
  • Figure 2 is used to illustrate a cut of a brick from a silicon ingot
  • FIG. 3 is used to illustrate a brick obtained by cutting a silicon ingot
  • FIG. 4 is used to illustrate a cutout of a brick in plates (wafers) for solar cell (s) or portion (s) of solar cell (s);
  • FIG. 5 is used to illustrate the formation of at least one primer notch on a side face of a plate (wafer) intended to accommodate at least one solar cell or at least one portion of a solar cell and provided to promote cutting. subsequent plate in elementary portions;
  • Figure 6 serves to illustrate the formation of a leader notch on an upper or lower face of a plate
  • FIG. 7 serves to illustrate a first example of a method of cleaving a silicon wafer on which at least one primer notch is made, the cleavage being carried out by applying a mechanical pushing force to the wafer;
  • FIG. 8 serves to illustrate a second example of a method for cleaving a silicon wafer on which at least one primer notch has been made
  • FIG. 9 serves to illustrate a third example of a method of cleaving a silicon wafer on which at least one primer notch has been made, the cleavage being carried out by collision between a striker element and the wafer;
  • FIG. 10 serves to illustrate a fourth example of a cleavage method, the cleavage being effected by collision of a striker element which is dropped on an edge of the plate;
  • FIG. 11 serves to illustrate a fifth example of a cleavage method
  • FIG. 12 serves to illustrate a division of a silicon wafer into two distinct portions
  • FIG. 13 serves to illustrate an assembly of portions of silicon wafer obtained by cleavage and assembled to form an arrangement of the type commonly called “half-cell”;
  • FIG. 14 serves to illustrate an assembly of portions of silicon wafer obtained by cleavage and then assembled according to an arrangement of the type commonly called a “shingle”;
  • FIG. 15 serves to illustrate another type of assembly of portions of silicon wafer obtained by cleavage
  • FIG. 16 serves to illustrate an exemplary embodiment of a primer notch on a solar cell plate which has already undergone technical steps for producing a solar cell and which is already provided with contacts;
  • FIG. 17 serves to illustrate an exemplary embodiment of a leader notch on a group of plates
  • FIG. 18 serves to illustrate an example of cleavage carried out concomitantly on a group of plates
  • FIG. 19 serves to illustrate an exemplary embodiment of a leader notch on a stack of plates
  • FIG. 20 serves to illustrate an exemplary embodiment of several primer notches on plates of a stack of plates
  • An exemplary embodiment of a method according to the invention provides for using as starting material a block of silicon also called “ingot” 2 (FIG. 1).
  • This ingot 2 may have a part of generally cylindrical shape and may have been obtained by a Czochralski (Cz) type method.
  • Cz Czochralski
  • charged silicon is melted in a crucible.
  • a single crystal silicon seed with a precise crystallographic orientation, for example a (100) orientation is placed in contact with the molten surface.
  • the solidified silicon takes the crystallographic orientation of the seed which is slowly drawn until it reaches a desired diameter.
  • Doping agents for example boron or phosphorus, can be added in order to be able to give the silicon an n-type or p-type doping.
  • the ingot 2 obtained is then cut, with a cut (figure 2) made in the direction of the height H, taken between the base 3a and the top 3b of the cylindrical part of the ingot 2, in order to form a parallelepipedal block 4 also called “Brick” (figure 3).
  • the cutting of the brick 4 can be carried out for example by means of a wire saw and can be carried out in the presence of a liquid containing abrasive particles in suspension.
  • the cutting of the brick 4 is here made so that it comprises lateral flanks 4c having a crystallographic orientation (110) or substantially equal to the crystallographic orientation (110).
  • this orientation can be identified from marks for example of edges present on the side of the ingot and which provide information on the crystallographic orientation (100).
  • a possible disorientation can then be checked in a conventional manner by using, for example, measuring equipment such as a goniometer. X-rays.
  • Brick 4 is then itself cut into plates 40 (FIG. 4) commonly called “wafers” on which one or more solar cells are intended to be produced.
  • the cutting of the brick 4 into several plates 40 is carried out this time along a transverse cutting plane P ', in other words orthogonally, or substantially orthogonally, to an axis along which the height of the brick 4 is measured or to the cutting planes used to form the brick 4 from the ingot.
  • substantially orthogonally is typically meant a deviation of less than 0.5 ° and preferably less than 0.2 ° with respect to an angle value of 90 °.
  • M2 dimensions in the plane of 156.75 mm * 156.75mm
  • M4 (161.70 mm * 161.70 mm
  • M6 166 mm * 166 mm
  • M12 size 210mm * 210mm
  • the silicon wafers 40 obtained have upper 41a and lower 41b opposite faces of rectangular or pseudo-rectangular shape and preferably square or pseudo-square, and have side faces 41c provided with a crystallographic orientation (110) and interconnecting the upper side and lower side.
  • the upper 41a and lower 41b faces then typically have a crystallographic orientation (100).
  • crystallographic orientation 100
  • a silicon wafer 40 thus obtained can be provided to subsequently receive one or more solar cells or parts of solar cells, for example of the heterojunction type (HET).
  • HET heterojunction type
  • the next step is to divide this plate 40 into several distinct elementary portions, while limiting cutting losses and avoiding damaging this plate 40.
  • At least one notch 45 called a “starter” is made, in other words a slit near an edge of the plate 40 and which extends in the thickness e (the thickness e being a measured dimension. parallel to the k axis of an orthogonal coordinate system [O; i; j; k] given in figure 5) of plate 40.
  • the primer notch 45 is preferably made so as to extend in a plane parallel or substantially parallel to a given side face 41c of the crystallographic orientation plate 110 110.
  • substantially parallel is meant that ' an angular difference between a plane containing the notch 45 and the given lateral face 41c is typically less than 0.5 °, preferably less than 0.2 ° and advantageously less than 0.1 °.
  • the starting notch 45 therefore has a length L (dimension measured parallel to the plane [O; i; j] and in particular to the axis i of the orthogonal coordinate system [O; i; j; k] and to the given face 41c) less than and typically much less than the dimensions of the lateral faces 45c of the plate, and a depth P (dimension measured parallel to the plane [O; i; k], and in particular to the axis k of the orthogonal frame of reference [O; i ; j; k] of the orthogonal coordinate system [O; i; j; k]) which may be less than the thickness e of the plate.
  • This primer notch 45 can be provided for example with a length L of, for example, between 0.2 mm and 2 mm, advantageously between 0.5 mm and 1 mm.
  • the primer notch 45 can be made with a depth P of, for example, between 30 ⁇ m and 60 ⁇ m for a plate with a total thickness e of between 130 ⁇ m and 160 ⁇ m.
  • the depth P of the notch produced is greater than or equal to one third of the thickness e of the initial plate considered.
  • the notch 45 thus forms a departure from a cutting or separation zone on the plate intended to be completed subsequently.
  • This primer is advantageously carried out by means of an LA laser.
  • a laser LA with a wavelength typically located in the infrared range and for example of the order of 1024 nm, with an intensity of for example between 23A and 27A and a frequency for example between 1 kHz and 20 kHz can be in particular used.
  • a scanning speed of the order for example of 20mm. s can typically be used.
  • the laser LA is directed towards a lateral face 41d of the plate 40, so as to make this notch 45 by this side face 41d in other words through this side face 41d.
  • the notch 45 then extends parallel to another side face 41c of crystallographic orientation (110).
  • this primer is produced without necessarily exposing an upper (or lower) face and therefore without risk of damaging an area dedicated to receiving a solar cell element and which is generally produced on this upper face 41a (or lower 41b).
  • a notch 45 made by aiming at a side face also has the advantage of being able to make this notch while the lower face 41b and / or upper 41a is masked by, or is located on another object, in particular another plate or a support.
  • FIG. 6 An alternative embodiment illustrated in FIG. 6, this time provides a laser LA directed towards an upper face 41a of the plate 40, so as to make this notch 45 by the upper face 41a of the plate 40. As a variant, it is possible to make a cut. notch 45 by the lower face 41b of the plate 40.
  • a notch 45 can be made via a lateral face and then continue on the upper face or on the lower face.
  • this primer notch 45 by means of a cutting tool, in particular a tool provided with at least one point such as, for example, a diamond point.
  • the primer notch 45 can be made on a “bare” plate, obtained directly after the step described above in connection with FIG. 4 for cutting brick 4.
  • this notch 45 can also be made while one or more technological steps for producing a solar cell or a part of a solar cell have already been carried out.
  • At least one step of forming metal contacts for example by screen printing.
  • Contacts on the front face and on the rear face can for example be made for certain types of cells.
  • the notch is typically produced, for example, after a step of depositing a layer such as an amorphous silicon layer serving to produce the heterojunction.
  • the notch can also be made before passivation, in particular before formation of a passivation layer of the front face and / or of the rear face or before passivation of a face revealed by this notch.
  • the plate 40 is placed on a cleavage support 60.
  • a region 411 of the lower face 41b (or upper 41a) of the plate rests on the support 60, while another region 412 of this same face 41b (or 41a) is suspended, without being supported on this support 60 or on another support.
  • the notch 45 is then preferably placed so that a plane Pe orthogonal to the plate 40 and passing through this notch 45, is located near one end 61 of the support 60 and at the level of the suspended region 412.
  • a directional force F which makes a non-zero angle with the upper face 41a or lower 41b of the plate 40 and preferably vertical is applied to a part of the plate 40 which is suspended and which is not resting on the support 60 or on another medium.
  • the application of the force F results in the propagation of a cleavage zone from the notch 45 and in a direction parallel or substantially parallel to the side faces 41c of crystallographic orientation 110.
  • a separation between the portions 40a and 40b of the plate 40 is thus implemented (FIG. 12).
  • These portions 40a, 40b are typically provided to each form a solar half-cell.
  • These portions 40a, 40b are intended to be assembled to form a photovoltaic module.
  • the plate 40 this time comprises a region 411a placed in support on a cleavage support 60 and another region 411b which is in support on another support 160 or on another part 160 of a cleavage support.
  • the notch 45 is preferably arranged so that a plane Pe orthogonal to the plate 40 and passing through this notch 45, is located between the supports 60 160 and does not pass through any of these supports 60, 160.
  • a suspended region 413 of the plate located between the supports 60, 160 thus comprises the notch 45 for cleavage.
  • a force F is applied, this time preferably at or near the notch 45 and preferably orthogonally to the upper face 41a or lower face of the plate 40 on a part of the plate 40 which is suspended between the supports 60, 160.
  • FIG. 9 Another variant of cleavage is illustrated in FIG. 9. It provides for carrying out the separation this time using a striker element 170 which acts by inertia and which is made to collide with a zone of the plate. preferably on the notch 45 or at the level of the notch 45 or near the notch 45.
  • a striker element 170 which acts by inertia and which is made to collide with a zone of the plate. preferably on the notch 45 or at the level of the notch 45 or near the notch 45.
  • the striker element 170 to be brought into collision with a lateral face 41d of the plate 40.
  • this makes it possible not to come to bear on a sensitive area of the plate 40 situated on the upper or lower face, for example on a constituent element of a solar cell already formed on the plate.
  • the striker element 170 illustrated has a flat tip 171.
  • Other tip shapes in particular a rounded or angular shape, can be used.
  • the striker element 170 is this time subjected to gravity and brought into collision with a side face 41d of the plate 40, the plate 40 being oriented vertically.
  • the element 170 is thus dropped so that it strikes the plate 40 at the level of the primer notch 45 and creates a shock making it possible to cause the division.
  • An energy greater than 15 mJ can be implemented in order to effect cleavage on a plate 40 of thickness, for example of the order of 180 ⁇ m.
  • the plate 40 is positioned at the edge of a support structure 160 such as a plate and has a part facing the plate which is held fixed by a retaining system. such as a press 260.
  • a retaining system such as a press 260.
  • One edge of the platen 160 is aligned with a plane passing through the leader notch 45.
  • a stress is then applied to a portion 40b of the plate 40 which protrudes from the plate and the press so as to move this portion 40b in rotation with respect to an axis parallel to the plate and to the cleavage notch until a separation of portion 40b.
  • At least one of the portions 40a, 40b of the plate 40 may be subjected to one or more technological steps for producing a solar cell, or even to all the technological steps for producing a solar cell, in particular as mentioned above. These technological steps described above may also have already been carried out when the cleavage is carried out.
  • the portions 40a, 40b obtained at the end of the cleavage can then be passivated at the level of the face or wafer exposed by the cleavage.
  • passivation is typically carried out by depositing a dielectric material such as for example SiN x or AIO x deposited for example by PECVD for ("Plasma-enhanced Chemical vapor deposition", ie chemical vapor deposition assisted by plasma).
  • At least one of the portions 40a, 40b of plate obtained by cleavage can be directly assembled with another portion of the plate in order to constitute an assembly of half solar cells.
  • the portions 40a, 40b resulting from the cleavage of the plate 40 are then assembled according to a particular arrangement where a portion 40a of the plate is juxtaposed with another portion 40b, these two portions 40a, 40b then being connected to each other by means of a conductive element taking for example forming a conductive strip 151.
  • the portions 40a, 40b resulting from the cleavage of the plate 40 are then assembled according to a particular arrangement of the "shingle" type, in other words where a portion 40a of the plate is in contact and overlaps. another portion 40b.
  • the other portion 40b can advantageously be connected to the portion 40a by means of a conductive adhesive 152.
  • the plate 40b also partially covers the plate 40a.
  • the interconnection can this time be made using a SWCT (“SmartWire Connection Technology”) type structure or an element which extends over an upper face of the plate 40a. as well as on a lower face of the other plate 40b which partially covers the upper face of the plate 40a.
  • a cleavage of the plate 40 in k (with k> 2) under portions can be envisaged, in particular in the case where one wishes to achieve a shingle architecture.
  • the primer notch 45 can be produced on a lateral face 41d of a cell 40 'formed from a silicon wafer 40 which has already undergone technological manufacturing steps. of solar cell mentioned above and which is in particular already provided with conductive contact tracks 47 on its lower face and / or on its upper face.
  • An advantageous embodiment provides for making a notch 45 for initiator on a plurality of plates and in particular on each of the plates 40 of a group of plates advantageously arranged so that their side faces 41d are juxtaposed or superimposed.
  • FIG. 17 schematically illustrates the path 700 of an element such as an LA laser to produce initiator notches 45 aligned with aligned side faces 41d of a group 48 of plates 40. It is thus possible to quickly produce k (k> 1) notches 45 of primer on k plates 40. This can make it possible to adapt such a step of making primers to an industrial manufacturing process.
  • an element such as an LA laser
  • At least two plates 40 are this time stacked and subjected to the treatment, in particular by laser, making it possible to produce a primer notch on each of these plates. It is thus possible to quickly carry out k separations on k separate plates 40 of a stack 49. This can make it possible to adapt such a cleavage step to an industrial manufacturing process.
  • the cleavage process is not limited to splitting a plate into two portions and making a single primer notch 45 per plate.
  • several notches 45 of initiation are made at the level of the same lateral face 41d, in order to divide each plate 40 into a number of portions greater than 2.
  • the notches 45 are in this case also preferably oriented in respective directions mutually parallel and parallel to a side face of the orientation plates 40 (110).
  • the number of cleavage lines produced on a lateral edge of a stack or on a lateral face of a plate depends on the number n of desired sub-cells. A cleavage method as described above can then be applied to the stack of plates.
  • the plates can be held by a horizontal support system for the lateral edges of the stack and rest on cleavage bars the length of which corresponds to that of a plate and which is moved in translation, in particular that one raises to effect the cleavage.
  • a cleavage process has been described previously using it as the starting material of an ingot.
  • provision can be made to start directly from a brick obtained after cutting the ingot, or else according to another variant, to start directly from a plate obtained after cutting the brick and to which a cleavage process described above is applied.
  • Another variant provides for starting directly from a plate on which one or more cells or portions of solar cells have been at least partially produced. In other words, it is possible to carry out the initiation and the division on plates which have already undergone one or more or even all of the technological steps for producing a solar cell.
  • a cleavage process as described above applies most particularly to solar cell technologies produced at low temperature such as heterojunction cells (HET) and for which laser cutting of the plate risks creating damage.
  • HET heterojunction cells
  • a cleavage process as described above also applies very particularly to the implementation of assembly of the "half-cell” or “shingle” type in which portions of plates resulting from a cutout are arranged so as to be. electrical connections.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

Clivage de plaque de silicium pour cellule solaire dotée de faces latérales (41c) suivant une orientation cristalline '(110)', comprenant préalablement à une séparation de la plaque en plusieurs portions, la réalisation d'au moins une entaille (45) parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée (41c) parmi desdites faces latérales.

Description

DESCRIPTION
Titre : CLIVAGE DE PLAQUE POUR LA FABRICATION DE CELLULES SOLAIRES DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande concerne le domaine des cellules solaires encore appelées cellules photovoltaïques. Elle s'applique en particulier aux dispositifs à cellule(s) solaire(s) résultant de l'assemblage de portions de plaques de silicium. Elle vise plus particulièrement un procédé amélioré de division d'une plaque en silicium pour réaliser une cellule solaire ou un assemblage de cellules solaires.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Une cellule solaire est habituellement formée sur une plaque de matériau semi-conducteur, typiquement du silicium, communément appelé « wafer ».
On peut, pour certaines applications, être amené à vouloir découper une telle plaque en plusieurs portions et réaliser des demi-cellules (« half-cell » selon la terminologie anglo-saxonne).
Une application particulière concerne la mise en œuvre d'une architecture de module solaire de type appelé « shingle ». Le document US2017/0077343°A1 présente par exemple un tel type de module solaire. La mise en œuvre d'une architecture de type shingle prévoit l'assemblage de demi-cellules ou de portions de cellules que l'on fait se chevaucher entre elles.
Les demi-cellules ou portions de cellules sont typiquement obtenues en effectuant une découpe d'une plaque (wafer) sur laquelle une cellule solaire a été au moins partiellement réalisée.
Lorsqu'on effectue une découpe de la plaque pour obtenir des portions de plaques, on cherche à minimiser le volume du matériau qui est enlevé lors du processus de découpe.
On cherche également à ne pas altérer le matériau de la plaque et lorsque cette plaque contient des éléments destinés à former une cellule solaire, à ne pas altérer ces éléments.
Une découpe laser met en œuvre des températures importantes, typiquement de l'ordre de 800°C ce qui peut s'avérer gênant, en particulier pour la réalisation de certains types de cellules telles que, par exemple, les cellules à hétérojonctions (HET) fabriquées à basse température typiquement à une température inférieure à 250°C et de préférence inférieure à 200°C.
Une découpe avec une lame est une technique utilisée couramment dans le domaine de la microélectronique afin de diviser une plaque (wafer) en portions élémentaires. Une telle méthode a quant à elle tendance à enlever une partie importante de matériau.
Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé de découpe de plaques pour cellules solaires.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'un support en silicium, en particulier pour cellule solaire, comprenant des étapes consistant à :
A) Prévoir une plaque de silicium dotée d'une face supérieure, d'une face inférieure opposée à la face supérieure et de faces latérales, les faces latérales suivant une orientation cristalline '(110)' et reliant entre elles la face supérieure et la face inférieure,
B) Réalisation d'au moins une entaille dans ladite plaque, cette entaille s'étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée parmi lesdites faces latérales d'orientation cristalline '(110)' puis,
C) Effectuer une action mécanique sur la plaque de sorte à réaliser un clivage dans la prolongation de l'entaille et à effectuer une séparation de la plaque en une première portion et une deuxième portion distincte de la première portion.
A l'étape B), l'entaille peut être formée à travers une autre face latérale qui est orthogonale à ladite face latérale donnée (41c) de la plaque et/ou peut être formée à travers une face donnée parmi lesdites faces supérieure et inférieure.
Dans le cas où l'on effectue une entaille à travers une face donnée parmi lesdites faces supérieure et inférieure, on reste de préférence à proximité de ladite autre face latérale et on réalise avantageusement l'entaille de sorte à atteindre une arête entre ladite face donnée et ladite autre face latérale. A l'étape C), l'action mécanique peut consister à appliquer une force, en particulier sur ladite face supérieure ou la face inférieure de la plaque. Selon une variante, l'action mécanique peut être une mise en collision d'un élément percuteur avec la plaque ou un autre élément en contact ou à proximité de la plaque. De préférence, lorsqu'on effectue une percussion, cette percussion est réalisée à proximité de l'entaille ou au niveau de l'entaille ou sur l'entaille.
Avantageusement la ou les entailles est ou sont formées à l'aide d'un laser. Cela permet notamment de réaliser rapidement une entaille et d'obtenir un positionnement précis de la ou les entaille(s).
Typiquement, l'entaille a une profondeur P au moins égale à 1/3 d'une épaisseur e de la plaque, e et P étant des dimensions mesurées entre ladite face supérieure et ladite face inférieure de la plaque.
Selon un mode de réalisation avantageux, on effectue l'entaille à travers ladite autre face latérale de la plaque. Cela peut permettre notamment de pouvoir pratiquer une entaille sur une plaque recouverte, ou étant recouverte, par une autre plaque ou par un autre objet. Cela peut également permettre de ne pas altérer une face sur laquelle des éléments constitutifs d'une cellule solaire sont prévus ou sont déjà réalisés.
A l'étape B) de réalisation de l'entaille, la plaque peut être disposée dans un groupe ou un empilement de plusieurs plaques. Dans ce cas, on réalise à l'étape B) au moins une autre entaille sur au moins une face latérale d'au moins une autre plaque dudit groupe ou dudit empilement. Les entailles pratiquées peuvent être alignées entre elles. Cela permet de réaliser un gain de temps par rapport à un procédé dans lequel on effectuerait ces entailles sur les faces supérieures ou inférieures respectives d'un groupe de plaques. Une réalisation de plusieurs entailles sur un empilement de plaques ou sur un groupe de plaques par exposition à un laser d'un bord latéral de l'empilement ou du groupe de plaques est d'autant plus rapide.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'action mécanique effectuée à l'étape C) peut être une mise en collision au moyen d'un élément percuteur et appliquée sur ledit groupe de plaques ou sur ledit empilement de plaques dans lequel on a pratiqué des entailles ou sur un autre groupe de plusieurs plaques ou sur un autre empilement de plusieurs plaques.
Après la fabrication du support en silicium on peut effectuer un assemblage de la première portion avec une autre portion de silicium ou bien avec ladite deuxième portion en vue de réaliser un module solaire ou photovoltaïque.
La plaque sur laquelle l'entaille est pratiquée est typiquement une plaque rectangulaire, ou pseudo-rectangulaire, en particulier carrée ou pseudo-carrée.
Cette plaque peut être issue d'un découpage d'un lingot de forme cylindrique obtenu par tirage et qui comprend après tirage des marques s'étendant sur des zones latérales du lingot. Le procédé peut alors comprendre en outre des étapes consistant à :
- identifier un plan donné d'orientation cristalline '(100)' à partir desdites marques puis,
- réaliser des découpes à 45° de ce plan donné pour former une brique dotée de faces latérales d'orientation cristalline '(110)', puis
- découper la brique en plusieurs plaques dotées de faces supérieures et inférieures d'orientation cristalline '(100)' et de faces latérales d'orientation cristalline '(110)'.
Selon un mode de réalisation du procédé la plaque peut avoir été soumise préalablement à l'étape B) à un ou plusieurs étapes voire aux étapes technologiques de réalisation d'une cellule solaire.
Le procédé de clivage suivant l'invention permet de s'adapter à une plaque ayant déjà subi une ou plusieurs étapes de fabrication de cellule solaire, tout en limitant les risques de détérioration de cette cellule.
Avantageusement, préalablement à l'étape B), une étape de formation d'éléments métalliques, en particulier de contacts métalliques, est réalisée sur ladite plaque.
Selon une possibilité de mise en œuvre du procédé, en particulier lorsqu'il vise à la réalisation de cellules solaires à hétéro-jonction, l'étape B) peut être effectuée après le dépôt d'une couche, typiquement en silicium amorphe, servant à former cette hétéro-jonction. Dans ce cas, l'étape B) et l'étape C) peuvent être également réalisées sur ladite plaque avant la réalisation d'une couche de passivation.
Un procédé suivant l'invention s'applique tout particulièrement à la fabrication de cellules solaire à hétérojonction pour lesquelles les contraintes de budget thermiques sont importantes.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :
La figure 1 sert à illustrer une formation d'un lingot en silicium ;
La figure 2 sert à illustrer une découpe d'une brique à partir d'un lingot en silicium ;
La figure 3 sert à illustrer une brique obtenue par découpe d'un lingot en silicium;
La figure 4 sert à illustrer une découpe d'une brique en plaques (wafers) pour cellule(s) solaire(s) ou portion(s) de cellule(s) solaire(s);
La figure 5 sert à illustrer la formation d'au moins une entaille d'amorce sur une face latérale d'une plaque (wafer) destinée à accueillir au moins une cellule solaire ou au moins une portion de cellule solaire et prévue pour favoriser une découpe ultérieure de la plaque en portions élémentaires;
La figure 6 sert à illustrer la formation d'une entaille d'amorce sur une face supérieure ou inférieure d'une plaque;
La figure 7 sert à illustrer un premier exemple de méthode de clivage d'une plaque de silicium sur laquelle au moins une entaille d'amorce est réalisée, le clivage étant effectué par application d'une force de poussée mécanique sur la plaque ;
La figure 8 sert à illustrer un deuxième exemple de méthode de clivage d'une plaque de silicium sur laquelle au moins une entaille d'amorce a été réalisée ;
La figure 9 sert à illustrer un troisième exemple de méthode de clivage d'une plaque de silicium sur laquelle au moins une entaille d'amorce a été réalisée, le clivage étant effectué par collision entre un élément percuteur et la plaque ; La figure 10 sert à illustrer un quatrième exemple de méthode de clivage, le clivage étant effectué par collision d'un élément percuteur que l'on fait chuter sur un bord de la plaque;
La figure 11 sert à illustrer un cinquième exemple de méthode de clivage;
La figure 12 sert à illustrer une division d'une plaque de silicium en deux portions distinctes;
La figure 13 sert à illustrer un assemblage de portions de plaque de silicium obtenues par clivage et assemblées pour former un agencement de type communément appelé « half-cell »;
La figure 14 sert à illustrer un assemblage de portions de plaque de silicium obtenues par clivage et assemblées ensuite selon un agencement de type communément appelé « shingle »;
La figure 15 sert à illustrer un autre type d'assemblage de portions de plaque de silicium obtenues par clivage;
La figure 16 sert à illustrer un exemple de réalisation d'une entaille d'amorce sur une plaque de cellule solaire ayant déjà subi des étapes techniques de réalisation de cellule solaire et qui est déjà dotée de contacts;
La figure 17 sert à illustrer un exemple de réalisation d'une entaille d'amorce sur un groupe de plaques;
La figure 18 sert à illustrer un exemple de clivage réalisé concomitamment sur un groupe de plaques;
La figure 19 sert à illustrer un exemple de réalisation d'une entaille d'amorce sur un empilement de plaques;
La figure 20 sert à illustrer un exemple de réalisation de plusieurs entailles d'amorce sur des plaques d'un empilement de plaques;
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un exemple de réalisation d'un procédé suivant l'invention prévoit d'utiliser comme matériau de départ un bloc de silicium encore appelé « lingot » 2 (figure 1). Ce lingot 2 peut avoir une partie de forme globalement cylindrique et peut avoir été obtenu par une méthode de type Czochralski (Cz). Dans ce type de méthode, du silicium charge est fondu dans un creuset. Un germe de silicium monocristallin avec une orientation cristallographique précise, par exemple une orientation (100) est placé en contact avec la surface en fusion. Le silicium solidifié prend l'orientation cristallographique du germe qui est lentement tiré jusqu'à atteindre un diamètre désiré. Des dopants par exemple du bore ou du phosphore peuvent être ajoutés afin de pouvoir conférer au silicium un dopage de type n ou de type p.
Le lingot 2 obtenu est ensuite découpé, avec une découpe (figure 2) effectuée dans le sens de la hauteur H, prise entre la base 3a et le sommet 3b de la partie cylindrique du lingot 2, afin de former un bloc 4 parallélépipédique encore appelé « brique » (figure 3). La découpe de la brique 4 peut être réalisée par exemple par le biais d'une scie à fil et peut être effectuée en présence d'un liquide contenant des particules abrasives en suspension.
La découpe de la brique 4 est ici réalisée de sorte qu'elle comporte des flancs latéraux 4c ayant une orientation cristallographique (110) ou sensiblement égale à l'orientation cristallographique (110). Pour cela, un repérage de cette orientation peut être effectué à partir de marques par exemple d'arêtes présentes sur le flanc du lingot et qui renseignent sur l'orientation cristallographique (100). On se place alors dans une direction à 45° de cette orientation (100) afin d'obtenir l'orientation cristallographique 110. On peut vérifier ensuite une éventuelle désorientation de manière conventionnelle en utilisant par exemple un équipement de mesure tel qu'un goniomètre à rayons X.
La brique 4 est alors ensuite elle-même découpée en plaques 40 (figure 4) communément appelés « wafers » sur lesquels une ou plusieurs cellules solaires sont destinées à être réalisés. La découpe de la brique 4 en plusieurs plaques 40 est effectuée cette fois selon un plan de découpe P' transversal autrement dit orthogonalement, ou sensiblement orthogonalement, à un axe selon lequel la hauteur de la brique 4 est mesurée ou aux plans de découpes utilisés pour former la brique 4 à partir du lingot. Par « sensiblement orthogonalement », on entend typiquement un écart inférieur à 0.5° et de préférence inférieur à 0.2° par rapport à une valeur d'angle de 90°.
Des plaques 40 d'épaisseur e comprise par exemple entre 70 pm et 500 pm, en particulier entre 110 pm et 250 pm sont typiquement réalisées. Des plaques 40 de taille par exemple communément appelée M2 (dimensions dans le plan de 156.75 mm *156.75mm) ou par exemple communément appelée M4 (161.70 mm*161.70 mm) ou de taille par exemple communément appelée M6 (166 mm*166 mm) ou de taille M12 (210 mm*210 mm) peuvent être réalisées.
Les plaques 40 de silicium obtenues sont dotées de faces opposées supérieure 41a et inférieure 41b de forme rectangulaire ou pseudo rectangulaire et de préférence carrée ou pseudo carrée, et comportent des faces latérales 41c dotées d'une orientation cristallographique (110) et reliant entre elles la face supérieure et la face inférieure. Les faces supérieure 41a et inférieure 41b ont alors typiquement une orientation cristallographique (100). Par « pseudo-rectangulaire », on entend qu'à la place d'un angle droit joignant deux faces latérales orthogonales, on peut avoir une portion courbe ou une portion formant un biseau reliant ces faces latérales orthogonales entre elles.
Une plaque 40 de silicium ainsi obtenue peut être prévue pour accueillir ensuite une ou plusieurs cellules solaires ou parties de cellules solaires, par exemple de type à hétérojonction (HET).
On cherche ensuite à diviser cette plaque 40 en plusieurs portions élémentaires distinctes, tout en limitant les pertes de découpe et en évitant de détériorer cette plaque 40.
Pour cela, on réalise au moins une entaille 45 dite « d'amorce », autrement dit une fente à proximité d'un bord de la plaque 40 et qui s'étend dans l'épaisseur e (l'épaisseur e étant une dimension mesurée parallèlement à l'axe k d'un repère orthogonal [O ;i ;j ;k] donné sur la figure 5) de la plaque 40. L'entaille 45 d'amorce est réalisée de préférence de sorte à s'étendre dans un plan parallèle ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée 41c de la plaque 40 d'orientation cristallographique 110. Par « sensiblement parallèlement », on entend qu'un écart angulaire entre un plan contenant l'entaille 45 et la face latérale donnée 41c est typiquement inférieur à 0.5°, de préférence inférieur à 0.2° et avantageusement inférieur à 0.1°.
L'entaille 45 d'amorce a donc une longueur L (dimension mesurée parallèlement au plan [O ;i ;j] et en particulier à l'axe i du repère orthogonal [O ;i ;j ;k] et à la face donnée 41c) inférieure et typiquement très inférieure aux dimensions des faces latérales 45c de la plaque, et une profondeur P (dimension mesurée parallèlement au plan [O ;i ;k], et en particulier à l'axe k du repère orthogonal [O ;i ;j ;k] du repère orthogonal [O ;i ;j ;k]) qui peut être inférieure à l'épaisseur e de la plaque. Cette entaille 45 d'amorce peut être prévue par exemple avec une longueur L comprise par exemple entre 0.2 mm et 2 mm, avantageusement entre 0.5 mm et 1mm. L'entaille 45 d'amorce peut être réalisée avec une profondeur P comprise par exemple entre 30 pm et 60 pm pour une plaque d'épaisseur e totale comprise entre 130 pm et 160pm. De préférence, la profondeur P de l'entaille réalisée est supérieure ou égale à un tiers de l'épaisseur e de la plaque initiale considérée.
L'entaille 45 forme ainsi un départ d'une zone de découpe ou de séparation sur la plaque destinée à être complétée ultérieurement.
On réalise avantageusement cette amorce au moyen d'un laser LA. Un laser LA de longueur d'onde située typiquement dans le domaine infra-rouge et par exemple de l'ordre de 1024nm, avec une intensité comprise par exemple entre 23A et 27A et une fréquence par exemple entre 1 kHz et 20 kHz peut être en particulier utilisé.
Une vitesse de balayage de l'ordre par exemple de 20mm. s peut être typiquement employée.
L'utilisation d'un laser pour réaliser cette entaille 45 d'amorce permet notamment d'obtenir un positionnement précis et d'effectuer rapidement cette amorce.
Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 5, le laser LA est dirigé vers une face latérale 41d de la plaque 40, de sorte à pratiquer cette entaille 45 par cette face latérale 41d autrement dit à travers cette face latérale 41d. L'entaille 45 s'étend alors parallèlement à une autre face latérale 41c d'orientation cristallographique (110). On réalise dans ce cas cette amorce sans nécessairement exposer une face supérieure (ou inférieure) et donc sans risque de détériorer une zone dédiée à accueillir un élément de cellule solaire et que l'on réalise généralement sur cette face supérieure 41a (ou inférieure 41b). Une entaille 45 pratiquée en visant une face latérale a également pour avantage de pouvoir réaliser cette entaille tandis que la face inférieure 41b et/ou supérieure 41a est masquée par, ou se situe sur un autre objet, en particulier une autre plaque ou un support. Une variante de réalisation illustrée sur la figure 6, prévoit cette fois un laser LA dirigé vers une face supérieure 41a de la plaque 40, de sorte à pratiquer cette entaille 45 par la face supérieure 41a de la plaque 40. On peut en variante pratiquer une entaille 45 par la face inférieure 41b de la plaque 40.
On peut également pratiquer une entaille 45 par une face latérale puis poursuivre par la face inférieure 41b ou supérieure de la plaque 40.
Selon une autre variante on peut pratiquer une entaille 45 par une face latérale puis poursuivre sur la face supérieure ou sur la face inférieure.
Il est également possible d'effectuer cette entaille 45 d'amorce au moyen d'un outil de découpe, en particulier un outil doté d'au moins une pointe tel que par exemple une pointe en diamant.
L'entaille 45 d'amorce peut être pratiquée sur une plaque « nue », obtenue directement après l'étape décrite précédemment en lien avec la figure 4 de découpe de la brique 4.
En variante, on peut également effectuer cette entaille 45 tandis qu'une ou plusieurs étapes technologiques de réalisation d'une cellule solaire ou d'une partie de cellule solaire ont déjà été effectuées.
Parmi ces étapes technologiques peuvent figurer une ou plusieurs voire toutes les étapes suivantes :
- au moins une étape de texturation de surface, - au moins une étape de dopage en particulier par diffusion par exemple de Bore sur les faces inférieure et supérieur de la plaque,
- au moins une étape de gravure en face arrière,
- au moins une étape d'ajout d'une couche barrière en face avant afin d'empêcher un ajout de dopants lors d'une autre étape de diffusion en face arrière,
- au moins une étape de dopage en face arrière en particulier par diffusion par exemple de Phosphore,
- au moins une gravure de couche(s) barrière de diffusion ainsi que de couches créées pendant la diffusion du phosphore,
- au moins une étape de formation d'au moins une couche de passivation,
- au moins une étape de formation d'une ou plusieurs couches antireflets,
- au moins une étape de formation de contacts métalliques par exemple par sérigraphie. Des contacts en face avant et en face arrière peuvent être par exemple réalisés pour certains types de cellules. En variante on peut prévoir de former des contacts en face avant et une couche métallique continue sur l'ensemble de la face arrière.
Dans le cas où l'on réalise une cellule à hétérojonction, on réalise typiquement l'entaille par exemple après une étape de dépôt d'une couche telle qu'une couche de silicium amorphe servant à réaliser l'hétérojonction. L'entaille peut être réalisée également avant passivation, en particulier avant formation d'une couche de passivation de la face avant et/ou de la face arrière ou avant passivation d'une face révélée par cette entaille.
Un exemple de réalisation d'une étape ultérieure de clivage en se servant de l'amorce 45 visant à diviser la plaque 40 en plusieurs portions distinctes et séparées est illustrée de manière schématique sur la figure 7.
Dans cet exemple, la plaque 40 est disposée sur un support 60 de clivage. Une région 411 de la face inférieure 41b (ou supérieure 41a) de la plaque se trouve en appui sur le support 60, tandis qu'une autre région 412 de cette même face 41b (ou 41a) est suspendue, sans être en appui sur ce support 60 ou sur un autre support. On dispose alors l'entaille 45 de préférence de sorte qu'un plan Pe orthogonal à la plaque 40 et passant par cette entaille 45, se trouve à proximité d'une extrémité 61 du support 60 et au niveau de la région 412 suspendue. Une force F de direction qui réalise un angle non nul avec la face supérieure 41a ou inférieure 41b de la plaque 40 et de préférence verticale est appliquée sur une partie de la plaque 40 qui est suspendue et qui n'est pas en appui sur le support 60 ou sur un autre support. De l'application de la force F, il résulte la propagation d'une zone de clivage à partir de l'entaille 45 et dans une direction parallèle ou sensiblement parallèle aux faces latérales 41c d'orientation cristallographique 110. Une séparation entre des portions 40a et 40b de la plaque 40 est ainsi mise en œuvre (figure 12). Ces portions 40a, 40b sont typiquement prévues pour former chacune une demi-cellule solaire. Ces portions 40a, 40b sont destinées à être assemblées pour former un module photovoltaïque.
Une autre manière de réaliser le clivage est illustrée de manière schématique sur la figure 8. Dans cet exemple, la plaque 40 comporte cette fois une région 411a disposée en appui sur un support 60 de clivage et une autre région 411b qui se trouve en appui sur un autre support 160 ou sur une autre partie 160 d'un support de clivage.
L'entaille 45 est disposée de préférence de sorte qu'un plan Pe orthogonal à la plaque 40 et passant par cette entaille 45, se situe entre les supports 60 160 et ne passe par aucun de ces supports 60, 160. Une région 413 suspendue de la plaque située entre les supports 60, 160 comporte ainsi l'entaille 45 de clivage. Là encore, on applique une force F, cette fois de préférence au niveau ou à proximité de l'entaille 45 et de préférence orthogonalement à la face supérieure 41a ou inférieure de la plaque 40 sur une partie de la plaque 40 qui se trouve suspendue entre les supports 60, 160.
Une autre variante de clivage est illustrée sur la figure 9. Elle prévoit d'effectuer la séparation cette fois à l'aide d'un élément percuteur 170 qui agit par inertie et que l'on fait entrer en collision avec une zone de la plaque de préférence sur l'entaille 45 ou au niveau de l'entaille 45 ou à proximité de l'entaille 45. Avantageusement, on prévoit que l'élément percuteur 170 est mis en collision avec une face latérale 41d de la plaque 40. Là encore, cela permet de ne pas venir prendre appui sur une zone sensible de de la plaque 40 située sur la face supérieure ou inférieure, par exemple sur un élément constitutif d'une cellule solaire déjà formé sur la plaque.
L'élément percuteur 170 illustré comporte un embout 171 plat. D'autres formes d'embout, en particulier une forme arrondie ou anguleuse peuvent être employées.
Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 10, l'élément percuteur 170 est cette fois soumis à la gravité et mis en en collision avec une face latérale 41d de la plaque 40, la plaque 40 étant orientée verticalement. On fait ainsi chuter l'élément 170 pour qu'il vienne percuter la plaque 40 au niveau de l'entaille 45 d'amorce et créer un choc permettant de provoquer la division.
Une énergie supérieure à 15 mJ peut être mise en œuvre afin de réaliser un clivage sur une plaque 40 d'épaisseur par exemple de l'ordre de 180 pm.
D'autres méthodes de clivages peuvent être prévues. Par exemple, dans un exemple de réalisation illustré sur la figure 11, la plaque 40 est positionnée au bord d'une structure 160 de support telle qu'un plateau et a une partie en regard du plateau qui est maintenue fixe par un système de maintien telle qu'une presse 260. Un bord du plateau 160 se trouve aligné avec un plan passant par l'entaille 45 d'amorce. Une contrainte est ensuite appliquée à une portion 40b de la plaque 40 qui dépasse du plateau et de la presse de sorte à déplacer cette portion 40b en rotation par rapport à un axe parallèle au plateau et à l'entaille de clivage jusqu'à réaliser une séparation de la portion 40b.
Une fois séparées, au moins une des portions 40a, 40b de la plaque 40 peut être soumise à une ou plusieurs étapes technologiques de réalisation de cellule solaire voire à toutes les étapes technologiques de réalisation de cellule solaire, en particulier telles qu'évoquées précédemment. Ces étapes technologiques décrites précédemment peuvent également avoir déjà été effectuées lorsque l'on effectue le clivage.
Dans le cas notamment où ces étapes technologiques décrites précédemment ont déjà été effectuées lorsque l'on effectue le clivage, les portions 40a, 40b obtenues à l'issue du clivage peuvent être ensuite passivées au niveau la face ou tranche mise à nue par le clivage. Une telle passivation est typiquement effectuée par dépôt de matériau diélectrique tel que par exemple du SiNx ou du AIOx déposé par exemple par PECVD pour (« Plasma-enhanced Chemical vapor déposition », i.e. Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma).
Au moins une des portions 40a, 40b de plaque obtenue par clivage peut être directement assemblée avec une autre portion de plaque afin de constituer un assemblage de demi-cellules solaires.
Dans l'exemple de réalisation particulier de la figure 13, les portions 40a, 40b issues du clivage de la plaque 40 sont ensuite assemblés selon un agencement particulier où une portion 40a de plaque est juxtaposée à une autre portion 40b, ces deux portions 40a, 40b étant ensuite connectée entres elles par l'intermédiaire d'un élément conducteur prenant par exemple la formant d'un ruban conducteur 151.
Dans l'exemple de réalisation particulier de la figure 14, les portions 40a, 40b issues du clivage de la plaque 40 sont ensuite assemblés selon un agencement particulier de type « shingle », autrement dit où une portion 40a de plaque est en contact et chevauche une autre portion 40b. L'autre portion 40b peut être avantageusement reliée à la portion 40a par l'intermédiaire d'une colle conductrice 152. Dans l'autre exemple d'assemblage de la figure 15, la plaque 40b recouvre également partiellement la plaque 40a. L'interconnexion peut être cette fois réalisée à l'aide d'une structure de type SWCT (« SmartWire Connection Technology » ou technologie de connexion « Smartwire ») ou d'un élément qui s'étend sur une face supérieure de la plaque 40a ainsi que sur une face inférieure de l'autre plaque 40b qui recouvre partiellement la face supérieure de la plaque 40a. Un clivage de la plaque 40 en k (avec k>2) sous portions peut être envisagé, en particulier dans le cas où l'on souhaite réaliser une architecture shingle.
Dans l'exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 16, on peut réaliser l'entaille 45 d'amorce sur une face latérale 41d une cellule 40' formée à partir d'une plaque 40 de silicium ayant déjà subi des étapes technologiques de fabrication de cellule solaire évoquées précédemment et qui est en particulier déjà dotée de pistes conductrices 47 de contact sur sa face inférieure et/ou sur sa face supérieure.
Un mode de réalisation avantageux prévoit de réaliser une entaille 45 d'amorce sur une pluralité de plaques et en particulier sur chacune des plaques 40 d'un groupe de plaques avantageusement disposées de sorte que leurs faces latérales 41d sont juxtaposées ou superposées.
La figure 17 illustre de manière schématique, le parcours 700 d'un élément tel qu'un laser LA pour réaliser des entailles 45 d'amorce alignées sur des faces latérales 41d alignées d'un groupe 48 de plaques 40. On peut ainsi réaliser rapidement k (k>l) entailles 45 d'amorce sur k plaques 40. Cela peut permettre d'adapter une telle étape de réalisation d'amorces à un processus de fabrication industriel.
On peut également réaliser l'étape de séparation ou clivage en faisant entrer en collision un élément (non représenté) avec un autre élément mis en contact avec une plaque ou un ensemble de plaques. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 18, un élément est mis en collision avec un autre élément 270 disposé en contact avec plusieurs plaques 40 d'un groupe 48 de plaques 40. Le choc ainsi créé de manière concomitante sur chacune des faces latérales 41d respectives des plaques 40 permet d'effectuer le clivage sur un groupe 48 de plusieurs plaques 40.
Dans l'exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 19, au moins deux plaques 40 sont cette fois empilées et soumises au traitement, en particulier par laser, permettant de réaliser une entaille d'amorce sur chacune de ces plaques. On peut ainsi réaliser rapidement k séparations sur k plaques 40 distinctes d'un empilement 49. Cela peut permettre d'adapter une telle étape de clivage à un processus de fabrication industriel.
Le procédé de clivage n'est pas limité à une séparation en deux portions d'une plaque et à la réalisation d'une seule entaille 45 d'amorce par plaque. Dans l'exemple de réalisation de la figure 20, où des plaques 40 sont superposées de sorte à former un empilement 49, on réalise plusieurs entailles 45 d'amorce au niveau d'une même face latérale 41d, afin de diviser chaque plaque 40 en un nombre de portions supérieur à 2. Les entailles 45 sont dans ce cas également de préférence orientées dans des directions respectives parallèles entre elles et parallèles à une face latérale des plaques 40 d'orientation (110). Le nombre de lignes de clivage réalisées sur un bord latéral d'un empilement ou sur une face latérale d'une plaque dépend du nombre n de sous-cellules désirées. Une méthode de clivage telle que décrite précédemment peut être ensuite appliquée à l'empilement de plaques. En variante, pour effectuer ce clivage, les plaques peuvent être maintenues par un système de maintien horizontal des bords latéraux de l'empilement et reposent sur des barreaux de clivage dont la longueur correspond à celle d'une plaque et que l'on déplace en translation, en particulier que l'on élève pour effectuer le clivage. Un procédé de clivage a été décrit précédemment en se servant comme matériau de départ d'un lingot. On peut prévoir en variante de partir directement d'une brique obtenue après découpe du lingot, ou bien selon une autre variante, de partir directement d'une plaque obtenue après découpe de la brique et à laquelle on applique un procédé de clivage décrit précédemment. Une autre variante prévoit de partir directement d'une plaque sur laquelle une ou plusieurs cellules ou portions de cellules solaires ont été au moins partiellement réalisées. Autrement dit, on peut réaliser l'amorce et la division sur des plaques ayant déjà subi une ou plusieurs voire toutes les étapes technologiques de réalisation de cellule solaire.
Un procédé de clivage tel que décrit précédemment s'applique tout particulièrement à des technologies de cellules solaire réalisées à basse température telles que les cellules à hétérojonction (HET) et pour lesquelles une découpe laser de la plaque risque de créer des dommages.
Un procédé de clivage tel que décrit précédemment s'applique également tout particulièrement à la mise en œuvre d'assemblage de type « half-cell » ou « shingle » dans lesquelles des portions de plaques issues d'une découpe sont agencées de sorte à être mises en connexion électrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un support en silicium notamment pour cellule solaire, comprenant des étapes de :
- découpage d'un lingot (2) de silicium cylindrique obtenu par tirage d'un germe (100) et qui comprend après ce tirage des marques s'étendant sur des zones latérales du lingot (2),
- identifier un plan donné d'orientation cristalline (100) à partir desdites marques puis,
- réaliser des découpes à 45° ou sensiblement à 45° de ce plan donné pour former une brique (3) dotée de faces latérales d'orientation cristalline '(110)', puis
- découper la brique (3) en plusieurs plaques (40) dotées de faces supérieures et inférieures d'orientation cristalline '(100)' et de faces latérales d'orientation cristalline '(110)', puis
- A) Prévoir une plaque (40) de silicium rectangulaire ou pseudo rectangulaire issue du découpage de ladite brique, ladite plaque étant dotée d'une face (41a) supérieure, d'une face (41b) inférieure opposée à la face supérieure suivant une orientation cristalline '(100)' et de faces latérales (41c) suivant une orientation cristalline '(110)' qui relient entre elles ladite face supérieure et ladite face inférieure, puis
- B) Réaliser au moins une entaille (45) dans ladite plaque (40), ladite entaille (45) formée s'étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée (41c) parmi desdites faces latérales, ladite entaille étant formée à travers une autre face latérale (41d) qui est orthogonale à ladite face latérale donnée (41c) de la plaque et/ou à travers d'une face donnée parmi ladite face supérieure et ladite face inférieure (41d), puis
- C) Effectuer une action mécanique sur la plaque (40), telle que l'application d'une force ou une mise en collision avec un élément percuteur, de sorte à réaliser un clivage dans la prolongation de ladite entaille (45) et effectuer une séparation de la plaque (40) en une première portion (40a) et au moins une deuxième portion (40b) distincte de la première portion.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'entaille (45) est réalisée à l'aide d'un laser (L).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'entaille (45) a une profondeur P au moins égale à 1/3 d'une épaisseur e de la plaque, e et P étant des dimensions mesurées entre ladite face supérieure et ladite face inférieure.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'entaille (45) est pratiquée sur ladite autre face latérale (41d) de la plaque (40).
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel à l'étape B) la plaque (40) est disposée dans un groupe (48) ou un empilement (49) de plusieurs plaques (40), au moins une autre entaille étant pratiquée sur au moins une face latérale d'au moins une autre plaque dudit groupe (48) ou dudit empilement (49).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite action mécanique effectuée à l'étape C) est une mise en collision au moyen d'un élément percuteur (170) et est appliquée sur ledit groupe (48) ou sur ledit empilement (49) ou sur un autre groupe de plusieurs plaques ou sur un autre empilement de plusieurs plaques.
7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel ladite entaille (45) et ladite autre entaille sont formées par une exposition d'un bord latéral dudit empilement à un laser.
8. Procédé de fabrication d'un module solaire comprenant la fabrication d'un support en silicium selon l'une des revendications 1 à 7, puis un assemblage en module solaire de la première portion (40a) avec une autre portion de silicium ou avec ladite deuxième portion (40b).
9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel préalablement à l'étape B), une cellule solaire ou une portion de cellule solaire est au moins partiellement réalisée sur ladite plaque (40).
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel préalablement à l'étape B), une étape de formation d'éléments métalliques, en particulier des contacts métalliques, est réalisée sur ladite plaque (40).
11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel l'étape étape B) est réalisée après une étape de dépôt d'une couche de silicium amorphe sur ladite plaque (40) et avant la réalisation d'une couche de passivation.
12. Procédé de fabrication d'une cellule solaire à hétérojonction comprenant la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
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