FR2465319A1 - Cellule photovoltaique - Google Patents

Cellule photovoltaique Download PDF

Info

Publication number
FR2465319A1
FR2465319A1 FR8019360A FR8019360A FR2465319A1 FR 2465319 A1 FR2465319 A1 FR 2465319A1 FR 8019360 A FR8019360 A FR 8019360A FR 8019360 A FR8019360 A FR 8019360A FR 2465319 A1 FR2465319 A1 FR 2465319A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
cds
type semiconductor
semiconductor material
indium
photovoltaic cell
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.)
Granted
Application number
FR8019360A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2465319B1 (fr
Inventor
Paolo Alessandrini
Lucio De Angelis
Fabrizio Galluzzi
Francesco Losciale
Ernesto Scafe
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.)
Eni SpA
Original Assignee
Eni SpA
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 Eni SpA filed Critical Eni SpA
Publication of FR2465319A1 publication Critical patent/FR2465319A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2465319B1 publication Critical patent/FR2465319B1/fr
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/074—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a heterojunction with an element of Group IV of the Periodic Table, e.g. ITO/Si, GaAs/Si or CdTe/Si solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • 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
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/006—Apparatus
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/064—Gp II-VI compounds
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/072—Heterojunctions
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/169—Vacuum deposition, e.g. including molecular beam epitaxy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

LA PRESENTE INVENTION PERMET D'OBTENIR DES CELLULES PHOTOVOLTAIQUES D'UNE NOUVELLE CONCEPTION DANS LAQUELLE LES DEUX SEMI-CONDUCTEURS PRESENTENT DES PARAMETRES DE RESEAU QUI DIFFERENT DE PLUS DE 5. LA MATIERE SEMI-CONDUCTRICE DE TYPE N EST CONSTITUEE PAR DU CDS A FORTE CONDUCTIVITE DOPE PAR DE L'INDIUM PRESENT EN UN POURCENTAGE SUPERIEUR A 1, ET LA MATIERE SEMI-CONDUCTRICE DE TYPE P EST CONSTITUEE PAR SI. LA SURFACE ACTIVE DES CELLULES EST EGALE OU SUPERIEURE A 1,5CM.

Description

Cellule photovoltalque.
La présente invention concerne les cellules photo-
voltaïques d'une nouvelle conception. L'un des procédés les plus prometteurs pour la construction de cellules solaires destinées à une utilisation terrestre consiste à placer deux semi-conducteurs de structure chimique différente en contact intime. On considère généralement que, pour présenter de bonnes performances électriques et photovoltaïques, les deux matières constituant une telle hétéroJonction doivent, en général, posséder une structure cristalline dont les paramètres de réseau sont très voisins les uns des autres afin de réduire à un minimum la densité desdéfautsà l'interface. On a réalisé des dispositifs du type d'agencement optique, tel que n-CdS/ p-InP (S. Wagner, J.L. Shay, K.T. Bachmann, E. Buchler, Appl.Phys. Lett. 26.229 (1975)), et n-CdS/p-CuInSe2 (S. Wagner,
J.L. Shay, P. Migliorato et H.M. Kasper, Appl. Phys. Lett.
25.434 (1974) dans lequel les paramètres de réseau des matières utiliséesdiffèrent les uns des autres de moins de 1% et présentent des rendements de conversion d'énergie solaire égaux ou supérieurs à 12% (dans des conditions d'éclairement AM1 ou AM2). Par contre, dans les hétérostructures formées de
matières semi-conductrices présentant des paramètres de ré-
seau qui diffèrent considérablement les uns des autres, on obtient généralement des rendements de conversion inférieurs
à 9-10%.
En particulier, pour l'hétérostructure constituée par n-CdS/p-Si, dans laquelle la différence entre les paramètres de réseau est de 7%, les meilleurs rendements de conversion
constatés se situent entre 5,5% (H. Okimura et R. Kondo, Jap.
J. Appl. Phys. 9,274 (1970)) et 7% (F.M. Livingstone,
W.M. Tsang, A.J. Barlow, R.M. De La Rue et W. Duncan, J.Phys.
D, 10, 1959 (1977)).
En outre, dans ces deux cas, les résultats concernent des dispositifs de superficie extrêmement faible,inférieure ou égale à lmm2. On s'est aperçu de façon surprenante, et ceci constitue l'obJet de la présente invention, qu'il est possible
d'obtenir des hétéroJonctions n-CdS/p-Si présentant des rende-
ments de conversion élevés ( >, 10%) sur des dispositifs de
grande superficie (supérieure à 1,5 cm2) en dépit de la dif-
férence considérable entre les constantes de réseau des deux matières, différence qui dépasse 5%. Dans de telles cellules, la matière semiconductrice du type n est constituée par CdS ayant une conductivité égale ou supérieure à 10 Q- c1m-
et contenant de l'indium en un pourcentage supérieur à 1%.
La matière semi-conductrice de type p-est constituée par Si ayant une résistance qui varie entre 100 et 0,01l cm, soit à l'état monocristallinsoitàl'état polycristallin. On a obtenu les meilleurs résultats en utilisant du silicium ayant une résistivité comprise entre 10 et 0,11 Qcm. Sur la surface de silicium sur laquelle CdS est déposée, on peut former une couche isolante, par exemple SiOx, ayant une épaisseur ne o dépassant pas 20 angstrom. Plus spécialement, on a constaté que l'hétéroJonction n-CdS/p-Si formé par l'évaporation de CdS dopé par de l'indium sur des monocristaux de silicium présente un rendement quantique uniforme d'environ 75-80% pour les longueurs d'onde comprises entre 0,6 et 1 pm, des courants de court-circuit de 25-30 mA/cm2 dans des conditions d'éclairement solaire AM1, et des tensions en circuit ouvert
comprises entre 480 et 570 mV, ainsi que des facteurs de rem-
plissage ou de charge de 0,60 - 0,70. On a obtenu des rende-
ments de conversion d'énergie solaire de 10% dans des prototy-
pes avec des superficies utiles de 1,5 cm2 (sans la superficie de contact frontal)et on peut obtenir des rendements de 13%
et plus dans des dispositifs optimisés.
Les caractéristiques ci-dessus concernent des disposi-
tifs sans revêtement non réfléchissant. En fait, les pellicu-
les CdS présentent, par elles-mêmes, des propriétés anti-
réfléchissantes par le fait qu'elles diminuent la réflectivité (moyenne) du silicium de 30%-3e5% à environ 15% dans le cas des pellicules épaisses de CdS/à environ 15% dans le cas de
pellicules très minces (épaisseur inférieureà 1000 angstrom).
Les dispositifs décrits Jusqu'ici présentent des propriétés considérables d'adhérence et de stabilité thermiques, comme l'ontdémontré des cycles thermiques répétés entre 400 et 100 K
effectués sur des prototypes expérimentaux.
Dans une autre application, on fait croltre le CdS sur des substrats polycristallins en silicium de type p. On a
atteint des rendements d'environ 6% avec des prototypes de labo-
ratoire et on peut obtenir des rendements supérieurs à 10% avec
des dispositifs optimisés.
Les caractéristiques électriques et photovoltalques du
dispositif ont été mesurées dans le cas de prototypes expérimen-
taux réalisés de la manière décrite ci-après. Des Jonctions ayant une superficie de 2 cm présentent, dans l'obscurité et à la température ambiante, des caractéristiques électriques du type redressement avec un facteur de qualité de diode comprls entre 1,1 et 1,4, une résistance directe comprise entre 0,5 et
51-?et une résistance inverse comprise entre 10-5 et 106.
La figure 7 montre une courbe typique de caractéristique courant-tension en l'absence d'éclairement et à une température de 300 K pour une hétéroJonction de 2 cm2 constituée par du silicium monocristallin à dopage p, ayant une épaisseur de
300 gm et une résistivité de 1.10-2 - cm. Dans le ca d'une pola-
risation directe par une courant supérieur à 10-4A, on obtient une courbe caractéristique exponentielle avec un facteur de qualité de 1,35 et une résistance série de 1,4 ú (31). Avec une polarisation inverse (32), il se produit un courant de
saturation d'environ 4.10-6A et une résistance inverse d'envi-
ron de 1,7. 105 l.
La capacité des dispositifs réalisée suivant la rela-
tion usuelle pour des Jonctions à gradins, relation suivant laquelle l'inverse du carré de la capacité est proportionnelle à la tension appliquée (en polarisation inverse), les valeurs mesurées correspondent à une concentration d'impureté, dans la région p, de 1015 - 1016 cm-3, ce qui concorde de façon
parfaite avec la résistivité du silicium utilisé.
Quand on éclaire les Jonctions à travers la couche de
CdS à l'aide d'une source constituée par une lampe quartz-
iode à filtre qui simule le spectre solaire et fournit une
puissance lumineuse de 100 mW/cm2, on observe, de façon carac-
téristique, des tensions en circuit ouvert comprises entre 480 et 570 mV et des courants de court-circuit compris entre et 45 mA sur une superficie utile de 1,5 cm2, cela sans utilisation d'autres couches non réfléchissantes sur CdS et
sans optimisation du contact de grille.
La figure 6 montre les caractéristiques photovoltalques des deux dispositifs expérimentaux de superficie active de 1,5 cm2 constitués par n-CdS (épaisseur: 3,3 gm; résistivité: 6.10-3 -a cm) sur p-Si monocristallin (épais- seur: 300 pm; résistivité lOX cm) (29) et n-CdS (épaisseur: 2 pm; résistivité: environ 0,1 Q cm) sur p-Si (épaisseur:
400 um; résistivité: 5Qcm) (30) "SILSO Wacker" poly-
cristallin. Le premier dispositif montre une tension de 495 mV - en circuit ouvert, un courant de court-circuit de 30,5 mA/cm2, et un facteur de remplissage ou charge de 0,54, correspondant
à un rendement de conversion d'énergie solaire (dans des con-
ditions d'éclairement solaire AM1) de 9,6%.
Le second dispositif présente une tension encircuit ouvert de 480 mV, un courant de court-circuit de 24 mA/cm2, et un facteur de remplissage ou de charge de 0,50 avec un
rendement de conversion de 5,7%.
La réponse spectrale photovoltaTque des dispositifs du type représenté sur la figure 6 est représentée sur la figure 8 o l'axe des ordonnées représente le rendement quantique absolu du courant de court-circuit et l'axe des
abscisses représente la longueur d'onde de la radiation lumi-
neuse qui frappe la jonction à travers la couche CdS. A une
longueur d'onde inférieure à 500 nm, la réponse est négli-
geable car la lumière est adsorbée par la couche superficielle de CdS et n'atteint pas la Jonction. Au-dessus de 530 nm, la réponse augmente rapidement et,entre environ 650 nm et environ
930 nm,elle reste pratiquement plate aux alentours d'une va-
leur de rendement quantique de 80%. A partir de 930 nm, le rendement quantique diminue considérablement et dispara!t
autour de 1100 nm à l'énergie de bande défendue du silicium.
Le tracé oscillant représenté par la réponse spectrale de la figure 8 est dû à l'interférence causée par la mince
couche de CdS (épaisseur 3,3 pm).
On peut préparer à l'aide de nombreux procédés les
cellules photovolta2ques ayant les caractéristiques ci-dessus.
Parmi ces procédés, on va donner ci-après une descrip-
tion des procédés servant à préparer le dispositif par crois-
sance sous vide de sulfure de cadmium à dopage n avec de
l'indium sur du silicium "Wacker SILSO" à dopage p soit mono-
cristallinsoit polycristallin.
On va décrire le traitement du silicium. On soumet préalablement le substrat de silicium à une attaque chimique (HF:HNO3) et on fait ensuite évaporer sous vide une pellicule
d'aluminium sur la face non polie.
On fait alors diffuser l'aluminium dans le silicium
à une température d'environ 650 C dans une atmosphère réduc-
trice. Après avoir protégé le contact ohmique ainsi formé à l'aide d'une couche de photorésist"Kodak", on attaque de
nouveau la plaque de silicium avec HF:H20. Enfin, le photo-
résist ayant été enlevé, on lave la plaque et on la sèche
puis l'introduit dans l'installation fournissant le vide.
On peut aussi préparer le contact ohmique en faisant évaporer de l'or sur la surface du silicium qui a été traitée avec HF:HNO ou avec HF:H20. Dans ce dernier cas, il suffit d'éliminer la couche d'oxyde avec HF:H 20 avant d'introduire les plaquettes de silicium dans l'installation produisant
le vide.
On va décrire l'appareil utilisé pour la croissance
de CdS. On fait crottre CdS sous vide par deux procédés prin-
cipaux. Un de ces procédés de croissance est similaire à celui décrit par N. Romeo et al dans "Thin Solid Films" L15-L17 43 (1977). Ce procédé consiste essentiellement par l'utilisation de trois sources pour faire croltre sous vide
du sulfure de cadmium dopé par de l'indium directement à par-
tir des éléments.
L'autre procédé est basé sur l'évaporation de CdS à partir de sulfure de cadmium pulvérulent et de métal indium
à partir d'un second creuset.
Les modifications apportées concernent le type des sources, le réglage des températures, le réglage de leur
vitesse d'évaporation, et l'atmosphère résiduelle dans l'en-
vironnement de croissance.
Pour les deux appareils, l'installation produisant
le vide est d'un type classique.
Cette installation consiste, dans l'ordre, en une cloche dans laquelle est disposé le système d'évaporation, un piège d'azote liquide ou une pompe de diffusion à vapeur d'huile, un piège d'alumine activée et une pompe rotative
mécanique. Les installations de production de vide sont pour-
vues de systèmes automatiques destinés à maintenir constam-
ment les pièges remplis d'azote liquide.
Les pressions de fonctionnement des deux installations se situent entre 3, 75 10-1l et 0,75 10-9 Pa, Sur les figures 1 et 2, le serpentin 2 enroulé autour de la eloche et dans lequel l'eau circule permet de maintenir la température de la cloche à une valeur basse pendant la
croissance des pellicules de CdS, ce qui amène la vapeur pré-
sente pendant la croissance à se condenser sur les parois.
Pour l'autre système représenté sur les figures 3, 4 et 5
(évaporation conjointe des éléments), comme il n'est pas pos-
sible de dégazer le système entier en raison de la présence du soufre, une chambre 3 a été formée à l'intérieur de la est cloche 4 et/refroidie au moyen d'un serpentin 5 à travers lequel s'écoule l'azote liquide. Cette inovation permet
d'obtenir un meilleur contrele du soufre pendant la crois-
sance de la pellicule,ce contr8le étant vital pour les pro-
priétés finales de la pellicule semi-conductrice de CdS +
indium.
Les sources pour les éléments 6, 7 et 8 sont disposées
à l'intérieur de cette chambre.
Un quartz piezoélectrique (11) (figures 1, 2, 3 et 4) est utilisé pour mesure l'épaisseur des pellicules formées par croissance ainsi que la vitesse d'évaporation, la lecture
finale étant vérifiée par la suite à l'aide de procédés opti-
ques. La fréquence de résonance du quartz piézoélectrique est lue à l'aide d'un fréquencemètre relié à un système
d'acquisition automatique de données.
De cette manière, il est possible de mesurer à la
fois les vitesses d'absorption et de desorption sur l'instru-
ment de mesure.
Cette possibilité d'évaluer l'écoulement total des molécules qui atteignent la surface (en plus du coefficient d'adhérence)a une importance considérable pour contraler la vitesse d'évaporation du soufre quand on fait crottre la pellicule de CdS à partir de ses composants et pour régler les vitesses d'évaporation utilisées pour l'agent dopant o
(V > 0O01 A/sec.).
Une attention particulière a été donnée à la fabrica-
tion des sources et des supports d'échantillon (figure 5).
Pour l'indium 8, pour le cadmium 6 pour le CdS pulvérulent 22
les creusets sont en quartz 12.
Les éléments de chauffage pour ces températures sont constitués par un fil 23 de tantale isolés par des tubes 24
de quartz et disposés dans le sens de la hauteur du creuset.
Les creusets sont garnis de tantale 11 qui en plus de es fonctions mécaniques, a pour rôle de réduire la perte de chaleur par radiation. Dans le cas de sourcesfonctionnant à température faible (soufre 7), la matière utilisée est de
l'aluminium 27.
Tous les creusets ont une position réglable 28 afin de permettre la concentration de vapeur de tous les éléments
dans la zone occupée par l'échantillon. Le système est égale-
ment muni d'obturateur ou volets 14 qui permettent de stabi-
liser les vitesses d'évaporation des creusets individuels qui
doivent être vérifiées sans permettre aux substances d'attein-
dre les substrats. L'écran 26 sert à réduire l'influence mutuelle entre les creusets. Les supports d'échantillon 15,
16 (figure 5) qui peuvent aussi être commandés en tempéra-
ture dans une fourchette de 0,1 C sont constitués par deux
plaques d'aluminium 17 qui renferment l'élément de chauf-
fage 18.
Les substrats 19 sont mis en contact thermique avec le support d'échantillon au moyen de "masques' '20 qui servent également à limiter la zone de croissance de la pellicule
CdS à environ 2-3 cm.
On va maintenant décrire le procédé de croissance.
(a) Evaporation à partir de poudre.
La poudre CdS ultra pure est chauffée dans un four à 1200 C pendant 2 heures avant d'ttre placée dans le creuset
2-465319
22. L'indium 6N est tout d'abord dégraissé à l'aide de tétra-
chlorure de carbone, puis attaqué avec l:l HC1, ou avec 1:1 HNO03, etfinalement lavé avec de l'eau déionisée ou de
l'isopropanol de la "qualité électronique".
Après mise sous vide du système jusqu'à une pression d'environ 0,75 l0-8 Pa, le système est dégazé par élévation de la température du substrat 19 Jusqu'à environ 300 C et de
la température des deux sources 22 et 23 Jusqu'à 500 C.
Une irradiation des sources chauffe également la
cloche 1 en élévant cette température Jusqu'à 100 C.
Quand une pression de l'ordre de 1,5 10-9 Pa est atteinte, de l'eau est introduite dans le serpentin 2 servant
à refroidir la cloche.
A ce stade, on augmente progressivement la température de la source CdS 22 Jusqu'à ce que la vitesse d'évaporation précise soit atteinte, ceci étant vérifié par rotation de
l'obturateur ou volet 14 de la figure 2 qui découvre unique-
ment le quartz piézoélectrique pendant de brefs laps de temps.
La température de la source de l'indium 23 est ensuite fixée à la valeur requise et la température du substrat 19
est fixée à 210 C.
La vitesse d'évaporation de CdS est choisie dans une fourchette de 2 à 6 A/sec. et celle de l'indium de manière
telle qu'elle soit supérieure à 1% de la vitesse d'évapora-
tion de CdS.
A la fin de ces opérations, on ouvre l'obturateur 14 et une pellicule de CdS "n" ayant une épaisseur de 2-10jm
forme sur le substrat 19 en silicium "p".
Quand l'épaisseur requise est atteinte, on ferme
l'obturateur 14 et on met hors fonction les éléments de chauf-.
fage de source.
On refroidit le substrat Jusqu'à la température ambian-
te à une vitesse de 1 C/min.
Après remplissage de la cloche avec de l'argon, on
ouvre cette cloche et on enlève l'échantillon.
(b) Evaporation à partir des éléments.
On dégraisse le cadmium ç4N5) et l'indium (6N), tous deux en gouttes, avec du tétrachlorure de carbone puis on les attaque avec 1:1 HN03, ou 1:1 HC1; on les lave ensuite avec de l'eau délonisée et de l'isopropanol de la "qualité électronique". Onbroie simplement le soufre (5N) avec un mortier en agate et on l'introduit dans le creuset. Après avoir fait le vide dans la cloche Jusqu'à une pression de 0,75 10-8 Pa, on fait fondre préalablement les
éléments dans une atmosphère d'argon (375 Pa) tout en mainte-
nant les substrats à environ 300 C.
Après refroidissement, on laisse le système toute une
nuit sous pompage. Avant le début de la croissance, on refroi-
dit la chambre 3 contenant les creuset 6, 7 et 8 en faisant circuler de l'azote liquide à travers le serpentin approprié 5. Quand la chambre 3 atteint une température d'équilibre (environ -180 C) et que la pression résiduelle s'est stabilisée à environ 3,75-10 Pa, on commence le chuteage des creusets
indium, de soufre et de cadmium dans cet ordre.
On augmente ainsi la température des sources jusqu'aux
valeurs auxquelles les vitesses d'évaporation sont celles re-
quises. Ces vitesses représentent un compromis entre la durée
du processus de croissance, la pression résiduelle et la mor-
phologie de la pellicule. Dans ce cas particulier, ces vitesses o sont fixées dans les limites de 2 à 6 A/sec. (pour le soufre ainsi que pour le cadmium). De cette manière, on peut obtenir par croissance une pellicule ayant une épaisseur comprise entre 2 et 10 pm en 3-4 heures. Pour atteindre ces vitesse avec les géométries utilisées, les températures sont: pour le soufre 90-120 C pour le cadmium 220-350 C pour l'indium 650850 C Pour l'indium, la vitesse est fixée à plus de 1% de
la somme des vitesses du soufre et du cadmium.
A ce stade, la stabilité de ces vitesses ayant été vérifiée, on abaisse la température des substrats de 300 C à 210 C et on commence à faire crottre la pellicule en ouvrant
les obturateurs ou volets 14.
Pendant la croissance, on continuede vérifier la vitesse d'évaporation, la pression partielle du soufre (à l'aide d'un spectromètre de masse 21), et la résistivité de la pellicule qui crott simultanément sur un substrat 16 en quartz placé près du silicium (figure 4). Quand l'épaisseur choisie (2-10lm) a été atteinte, on interrompt la croissance
en fermant tous les obturateurs et en refroidissant les sources.
Avant d'ouvrir la cloche, on refroidit lentement (à environ 1 C/min) les supports de substrat afin d'empêcher la
fracture de la pellicule.
On va décrire maintenant la formation du contact fron-
tal. On dépose sous vide l'électrode (grille) frontale de collecteur sur les dispositifs fabriqués, quand ceux-ci ont été extraits des systèmes de croisssance respectifs, en utilisant de l'aluminium ou de l'indium (avec de l'indium on obtient des contacts ohmiques fiables qui sont plus stables
dans le temps).
Sur les figure 1 à 7, la référence 1 désigne une cloche en acier, la référence 2 un serpentin de circulation d'eau de refroidissement, la référence 3 une chambre refroidie par de l'azote liquide, la référence 4 en cloche en pirex, la référence un serpentin de circulation d'azote liquide, les références 6, 7, 8 respectivement un creuset pour le cadmium, un creuset pour le soufre et un creuset pour 1'indium, la référence 9 des thermomètres à platine, la référence 10 des éléments de chauffage de creuset, la référence ll un quartz piezoélectrique pour la mesure d'une épaisseur de pellicule, la référence 12 des réceptacles en quartz formant creusets, la référence 13 une garniture ou chemise de tantale, la référence 14 des obturateurs, la référence 16 des supports d'échantillons dont la température peut être réglée, la référence 17 des plaques en aluminium servant de support d'échantillons, la référence 19 un substrat (silicium monocristallin ou polycristallin) d'absorption de cellule photoélectrique, la référence 20 un masque pour la limitation de la pellicule de sulfure de cadmium, la référence
21 un spectromètre de masse pour vérifier l'atmosphère résiduel-
le, la référence 22 un creuset pour évaporer du sulfure de il cadmium en poudre, la référence 23 un fil tantale pour élément
de chauffage, la référence 24 des tubes de quartz pour l'isola-
tion des fils de tantale, la référence 25 des thermocouples, la référence 26 un écran antiradiation, la référence 27 un réceptacle en aluminium pour les creusets de cadmium et de soufre, la référence 28 un système de positionnement de creuset, les références29 et 30 respectivement la courbe de réponse pour un éclairement de cellule photoéleetrique en sens direct et
en sens inverse.
Il est bien entendu que la description qui précède n'a
été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent 9tre apportées
dans le cadre de la présente invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Cellule photovoltaique comprenant une région de matière semiconductrice de type n en contact intime avec une région de matière semiconductrice de. type p, ces deux régions étant en contact avee des électrodes conductrices, caractérisée par le fait que la matière semiconductrice de type n et la matière semi-conductrice de type p ont des paramètres de réseau qui diffèrent l'un de l'autre d'un pourcentage: égal ou supérieur à 5%.
2. Cellule photovolta!que suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la matière semi-conductrice de
type p est dl Si tant monocristallin que polycristallin présen-
tant une résistivité comprise entre 100 et 0,01 il cm et de
préférence entre 10 et 0,1 Qlcm.
3. Cellule photovoltaïque suivant-la revendication 1, caractérisée par le fait que la matière semi-conductrice de type n est du CdS ayant une conductivité supérieure à 10 A -l -1 cm.
4. Cellule photovoltalque suivant l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée par le fait que la
matière semi-conductrice de type n est du CdS Qontenant plus
de 1% de In.
5. Cellule photovoltalque suivant l'une quelconque des
revendications 1-à 4, caractérisée par le fait que la matière
semi-conductrice de type n est formée par croissance à l'aide d'une évaporation conjointe des éléments Cd, S, In sur des
superficies égales ou supérieures à 1,5 cm2.
6. Cellule photovoltaîque suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la matière
semi-conductrice de type n est formée par croissance à l'aide d'un évaporation conjointe des substances CdS et In sur des
superficies égales ou supérieures à 1,5 cm2.
FR8019360A 1979-09-10 1980-09-08 Cellule photovoltaique Granted FR2465319A1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT25569/79A IT1163710B (it) 1979-09-10 1979-09-10 Celle fotovoltaiche

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2465319A1 true FR2465319A1 (fr) 1981-03-20
FR2465319B1 FR2465319B1 (fr) 1985-03-08

Family

ID=11217123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8019360A Granted FR2465319A1 (fr) 1979-09-10 1980-09-08 Cellule photovoltaique

Country Status (11)

Country Link
US (1) US4366337A (fr)
JP (2) JPS5681980A (fr)
AU (1) AU539090B2 (fr)
BE (1) BE885167A (fr)
CA (1) CA1168741A (fr)
DE (1) DE3033203A1 (fr)
DK (1) DK159349C (fr)
FR (1) FR2465319A1 (fr)
GB (1) GB2058452B (fr)
IT (1) IT1163710B (fr)
NL (1) NL8004990A (fr)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009111054A1 (fr) * 2008-03-05 2009-09-11 Global Solar Energy, Inc. Confinement de solution pendant le dépôt d’une couche tampon
US9252318B2 (en) 2008-03-05 2016-02-02 Hanergy Hi-Tech Power (Hk) Limited Solution containment during buffer layer deposition
US8062922B2 (en) * 2008-03-05 2011-11-22 Global Solar Energy, Inc. Buffer layer deposition for thin-film solar cells
WO2009111052A1 (fr) * 2008-03-05 2009-09-11 Global Solar Energy, Inc. Chauffage pour dépôt de couche tampon
WO2009111055A1 (fr) * 2008-03-05 2009-09-11 Global Solar Energy, Inc. Rétroaction pour un dépôt de couches de mémoire tampon
US20160359070A1 (en) 2015-06-02 2016-12-08 International Business Machines Corporation Controllable indium doping for high efficiency czts thin-film solar cells

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3720125A (en) * 1971-08-02 1973-03-13 Whitney Corp W Adjustable stripper with stroke control
DE2214055A1 (de) * 1972-03-23 1973-09-27 Agfa Gevaert Ag Sensibilisierte elektrophotographische schichten

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5681980A (en) 1981-07-04
DK159349C (da) 1991-03-11
DK349780A (da) 1981-03-11
GB2058452B (en) 1983-10-05
AU6150380A (en) 1981-03-19
AU539090B2 (en) 1984-09-13
JPH02748U (fr) 1990-01-05
CA1168741A (fr) 1984-06-05
IT7925569A0 (it) 1979-09-10
DE3033203A1 (de) 1981-03-19
NL8004990A (nl) 1981-03-12
BE885167A (fr) 1981-03-10
IT1163710B (it) 1987-04-08
US4366337A (en) 1982-12-28
DK159349B (da) 1990-10-01
GB2058452A (en) 1981-04-08
FR2465319B1 (fr) 1985-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. High-quality perovskite MAPbI3 single crystals for broad-spectrum and rapid response integrate photodetector
Hamed et al. Effects of oxygen and illumination on the in situ conductivity of C 60 thin films
Abdul Muhsien et al. Synthesis of SnO 2 nanostructures employing Nd: YAG laser
FR2479569A1 (fr) Dispositif de conversion de rayonnement electromagnetique en courant electrique
Lee Effects of heat treatment of vacuum evaporated CdCl2 layer on the properties of CdS/CdTe solar cells
FR2549642A1 (fr) Cellule solaire
Kim et al. Fabrication of High‐Responsivity Sb2Se3‐Based Photodetectors through Selenization Process
FR2464564A1 (fr) Batterie solaire au silicium amorphe
FR2465319A1 (fr) Cellule photovoltaique
Samarasekara Characterization of low cost P-Cu2O/N-CuO junction
US4709466A (en) Process for fabricating thin film photovoltaic solar cells
Abbas Shah et al. Preparation and characterization of CdTe for solar cells, detectors, and related thin-film materials
FR2462782A1 (fr) Procede de realisation d'une couche contenant du silicium et dispositif de conversion photoelectrique mettant en oeuvre ce procede
US4468685A (en) Infrared detector using grey tin
EP2281313A2 (fr) Procede de fabrication d'une cellule photovoltaïque a base de silicium en couches minces
Nouiri et al. Study of TiO 2/ITO/ZnO: Al/p-Si photo-sensitive structure based on nanoparticles
JP4811890B2 (ja) 光導電部材の製造方法
Pal et al. The anomalous photovoltaic effect in polycrystalline zinc telluride films
Ashour et al. Properties of RF sputtered CdS thin films
Sravani et al. Preparation and properties of CdO/CdTe thin film solar cells
Bahlool Temperature-Dependent Optoelectronic Characteristics of p-SnO2/n-Si Heterojunction Structures
Yip Development of high-efficiency solar cells on CuInSe2 single crystals
Compaan et al. Fabrication of CdTe solar cells by laser-driven physical vapor deposition
Keskenler et al. Schottky diode fabrication via cold substrate evaporated ag on sol-gel derived ZnO ultra-thin films for semiconductor devices
EP0048255B1 (fr) Dispositif a semiconducteur et fabrication de celui-ci

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse