FR2695511A1 - Pile solaire en film mince, procédé pour sa production, procédé de production d'un lingot semi-conducteur et procédé de production d'un substrat semi-conducteur. - Google Patents
Pile solaire en film mince, procédé pour sa production, procédé de production d'un lingot semi-conducteur et procédé de production d'un substrat semi-conducteur. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne une pile solaire en film mince. Selon l'invention, elle comprend une couche active en film mince semiconducteur (2) avec une jonction p-n (3) et un substrat la supportant mécaniquement, le substrat (1) étant formé par un procédé de revêtement au plasma qui consiste à faire fondre un matériau de source du substrat par un plasma à haute température et à pulvériser le matériau fondu de source sur une plaque de base par un jet de gaz à vitesse rapide. L'invention s'applique notamment à l'énergie.
Description
La présente invention se rapporte à une pile solaire en film mince ainsi
qu'à un procédé de production d'une pile solaire en film mince en utilisant un substrat thermo-résistant L'invention se rapporte également à un procédé de production d'un lingot semi-conducteur et à un procédé de production d'un substrat semi-conducteur par un procédé de revêtement au plasma qui consiste à faire fondre un matériau de source par un plasma à haute température et à
pulvériser le matériau fondu de source sur un substrat de base.
La figure 15 est une vue en perspective d'une pile solaire en film mince de l'art antérieur dans laquelle s'effectue une conversion lumière à électricité dans un film mince en silicium qui est disposé sur un substrat Sur la figure 15, une couche active 101 en film mince comprenant une jonction p-n et contribuant à la génération de puissance est disposée sur un substrat 100 Un film anti-réflexion 102 est disposé sur la couche active 101 Une électrode de grille 103 a, pour recueillir un courant photoélectrique produit dans la couche active 101 et une électrode formant bus 103 pour la concentration du courant photoélectrique, sont disposées sur le film anti-réflexion 102 Une électrode
inférieure 104 est disposée à la surface arrière du substrat 100.
Dans cette pile solaire en film mince, comme la couche active 101 contribuant à la génération de puissance est aussi mince que quelques dizaines de microns, elle ne peut mécaniquement se tenir d'elle même, donc il faut un substrat ou analogue pour supporter la couche active mince 101 Les conditions
suivantes sont requises du substrat.
D'abord, le substrat doit avoir une résistance suffisante pour supporter mécaniquement le film mince et lui-même Deuxièmement, comme la couche active en film mince en Si est tirée sur le substrat par dépôt chimique en phase vapeur thermique ou analogue, le substrat doit être réfractaire de manière à pouvoir résister à une température de traitement d'environ 1000 'C pendant la croissance de la couche active Troisièmement, comme le substrat sert également d'électrode inférieure, il doit être conducteur Même si le substrat n'est pas conducteur, on obtient une pile solaire en film mince Cependant, dans ce cas, un film conducteur doit être disposé sur le substrat ou l'électrode inférieure doit sortir de la surface latérale de la pile solaire, dans une pile solaire du type intégré ce qui donne une structure compliquée Quatrièmement, comme le substrat en lui-même ne contribue pas à la production de puissance mais supporte simplement la couche active, il est souhaitable que le substrat soit
formé en un processus simple en utilisant un matériau peu coûteux.
Comme matériau satisfaisant aux conditions ci-dessus décrites, il y a un silicium de qualité métallurgique (que l'on appellera ci-après MG-Si) MG-Si est un matériau de silicium avant sa purification pour donner du silicium de haute pureté et il comprend beaucoup d'impuretés, par exemple une concentration en impuretés d'environ 2 % Comme MG-Si n'est pas soumis à une purification, il
est bien moins cher que le silicium de haute pureté.
Les figures 16 (a) et 16 (b) sont des schémas illustrant un procédé de production d'un substrat thermo-résistant de support d'une pile solaire en film mince utilisant MG-Si peu coûteux Comme le montre la figure 16 (a), une poudre de MG-Si 50 est placée dans un moule 110 et le moule est chauffé à une température supérieure au point de fusion du silicium, telle que 1414 'C, pour faire fondre la poudre de MG-Si Alors, on presse MG-Si ainsi fondu au moyen d'une plaque 111 comme le montre la figure 16 (b) et ensuite on refroidit et on
solidifie pour fabriquer un substrat 5 en MG-Si.
La figure 17 est une vue en coupe transversale d'une pile solaire en film
mince de l'art antérieur comportant le substrat 5 en MG-Si formé par moulage.
Sur la figure 17, une couche active en film mince 2 en Si polycristallin est disposée sur le substrat 5 en MG-Si Une jonction p-n 3 est produite dans la région de surface de la couche active 2 par diffusion ou analogue Une électrode
supérieure 4 est disposée sur la couche active 2 ayant la jonction p-n 3.
On décrira un procédé de production de la pile solaire en film mince qui est montrée à la figure 17 en utilisant le substrat 5 en MG-Si Initialement, le substrat 5 en MG-Si est placé dans un appareil pour dépôt chimique en phase vapeur Alors, on introduit, dans l'appareil, du silane gazeux (Si H 4), du trichlorure de silane gazeux (Si HC 13) ou analogue et on résout à une haute température d'environ 10000 C et ainsi un film en Si polycristallin devant former la couche active 2 croît sur le substrat 5 jusqu'à une épaisseur de plusieurs dizaines de microns Comme le film mince en Si, juste après sa croissance, a une petite taille du grain, Si polycristallin peut, dans certains cas, être fondu et recristallisé par un rayonnement laser ou un chauffage par une lampe afin d'augmenter la taille du grain Après avoir formé le film en Si, on produit la jonction p-n 3 dans la couche active 2 par diffusion d'impuretés ou implantations d'ions La jonction p-n peut être produite en changeant le type du gaz dopant tout en introduisant un gaz dopant dans l'appareil de dépôt chimique
en phase vapeur pour faire croître la couche active dans l'appareil.
Alternativement, la jonction p-n peut être produite en déposant un film microcristallin ayant un type de conductivité opposé au type de conductivité de la couche active, sur la couche active, dans un appareil de dépôt chimique en
phase vapeur au plasma.
Après avoir formé la jonction p-n, l'électrode supérieure 4 comprenant de l'argent ou analogue est formée sur la couche active 2 De préférence, l'électrode supérieure 4 est formée par impression à l'écran ou dépôt en phase vapeur Il y a certains cas o on forme un film anti- réflexion sur le film mince
en Si polycristallin par pulvérisation ou analogue En tant que film anti-
réflexion, on utilise un film conducteur transparent servant également d'électrode, tel qu'un film en ITO (In 203:Sn O 2), un film en Sn O 2 ou un film en Zn O lorsque la jonction p-n est produite en déposant le film microscristallin sur le film en Si et que la conductivité du film en Si en direction transversale est faible Quand la conductivité du film en Si en direction transversale est élevée et que l'électrode transparente n'est pas nécessaire, un film isolant tel qu'un film en
Si 3 N 4 est utilisé en tant que film anti-réflexion.
Dans le procédé ci-dessus décrit de production de la pile solaire en film mince utilisant le substrat 5 en MG-Si fondu, le substrat en MG-Si est chauffé jusqu'à environ 10000 C, température à laquelle on tire le film mince en Si polycristallin et ensuite, on chauffe jusqu'à environ 1414 'C o la taille du grain du film mince en Si est accrue par un chauffage à la lampe ou analogue Par conséquent, les impuretés telles que Fe, AI, Ca et analogues, incorporées à raison d'environ 2 % dans le substrat 5 en MG-Si se concentreront
défavorablement et jaillissent du substrat, en passant à travers la couche active.
Ce phénomène est illustré à la figure 18 Sur la figure 18, le chiffre de référence 5 désigne le substrat en MG-Si fondu, le chiffre 2 désigne la couche active en film mince en Si polycristallin, le chiffre 3 désigne la jonction p-n et le chiffre 6 désigne les impuretés qui jaillissent Comme le montre la figure 18, lorsque de la chaleur est appliquée au substrat fondu 5, les impuretés se concentrent et jaillissent d'une portion supposée être une limite des grains du
substrat en MG-Si, passant à travers la couche active 2.
De plus, la jonction p-n de la couche active est formée par diffusion d'impuretés ou implantation d'ions ou bien en changeant le type du gaz dopant pendant la croissance de la couche active dans un appareil de dépôt chimique en phase vapeur ou bien en déposant un film microcristallin, d'un type de conductivité opposé au type de conductivité de la couche active, sur la couche active dans un procédé de dépôt chimique en phase vapeur au plasma Dans tous
les cas, la formation de la jonction p-n prend beaucoup de temps.
La présente invention a pour objet de procurer une pile solaire en film
mince qui soit très fiable, par un simple processus et à faible prix.
La présente invention a pour autre objet de réduire le temps nécessaire
pour la formation de la couche active ou de la jonction p-n.
Selon un aspect de la présente invention, une pile solaire en film mince comporte un substrat thermo-résistant de support qui est formé par une méthode de revêtement au plasma qui consiste à faire fondre un matériau de source du substrat par un plasma à haute température et à pulvériser le matériau fondu de source sur une plaque de base ou un moule par un jet de gaz à vitesse rapide Par conséquent, même lorsque l'on utilise, comme matériau du substrat, un matériau peu coûteux contenant beaucoup d'impuretés comme MG-Si, les impuretés ne jaillissent pas du substrat en passant à travers une couche active en film mince pendant un processus à haute température tel que la formation de la couche active. Selon un autre aspect de la présente invention, dans un procédé de production d'une pile solaire en film mince, une couche active semi- conductrice ayant une jonction p-n est formée par le procédé de revêtement au plasma Par conséquent, le temps de formation de la couche active ou de la jonction p-n est
considérablement réduit.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails
et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une pile solaire en film mince selon un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est un schéma illustrant un procédé de production d'un substrat de support par un procédé de revêtement au plasma; la figure 3 est un schéma illustrant la séparation des impuretés dans un substrat formé par le procédé de revêtement au plasma; la figure 4 est une vue en coupe d'une pile solaire en film mince selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe d'une pile solaire en film mince selon un troisième mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est une vue en coupe d'une pile solaire en film mince selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention; la figure 7 est un schéma illustrant un procédé de production d'une jonction p-n de la pile solaire en film mince selon les troisième et quatrième modes de réalisation de la présente invention; les figures 8 (a) et 8 (b) sont des schémas illustrant un autre procédé de production de la jonction p-n de la pile solaire en film mince selon les troisième et quatrième modes de réalisation de la présente invention; les figures 9 (a) et 9 (b) sont des schémas illustrant un procédé de production d'un substrat de support selon un sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 10 est un schéma illustrant le procédé de production d'un substrat de support selon un septième mode de réalisation de la présente invention; les figures 11 (a) et 11 (b) sont des vues en perspective illustrant des lingots et des substrats produits par les procédés des cinquième et sixième modes de réalisation, respectivement; les figures 12 (a) et 12 (b) sont des vues en coupe illustrant un procédé de production d'un substrat de support selon un septième mode de réalisation de la présente invention; la figure 13 est une vue en coupe illustrant un procédé de production d'un substrat semi-conducteur selon un huitième mode de réalisation de la présente invention; la figure 14 est une vue en perspective illustrant un procédé de production d'un substrat semi-conducteur selon un neuvième mode de réalisation de la présente invention; la figure 15 est une vue en perspective expliquant la structure d'une pile solaire en film mince; les figures 16 (a) et 16 (b) sont des vues en coupe illustrant un procédé de production d'un substrat utilisant MG-Si selon l'art antérieur; la figure 17 est une vue en coupe d'une pile solaire en film mince selon l'art antérieur; et la figure 18 est une vue en coupe illustrant une couche active rompue
du fait des impuretés jaillissant du substrat selon l'art antérieur.
La figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant une pile solaire
en film mince selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
Sur la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne un substrat en MG-Si Une couche active en film mince 2 en Si polycristallin est disposée sur le substrat 1 et une jonction p-n 3 est produite dans une région de surface de la couche active 2 par diffusion ou analogue Une électrode supérieure 4 est disposée sur la
couche active 2 ayant la jonction p-n 3.
Le substrat 1 en MG-Si selon le premier mode de réalisation de l'invention est formé par un procédé de revêtement au plasma qui consiste à faire fondre une poudre d'un matériau par un plasma à haute température et à pulvériser la poudre du matériau fondu sur une cible par un jet de gaz à vitesse rapide Le procédé de revêtement au plasma a traditionnellement été utilisé pour le revêtement d'un matériau réfractaire mais il n'a jamais été utilisé pour la
production dune pile solaire.
On décrira en plus de détail, en se référant à la figure 2, le procédé de revêtement au plasma Sur la figure 2, le chiffre de référence 7 désigne une source dalimentation en courant continu, les chiffre 8 a et 8 b désignent des électrodes, le chiffre 9 désigne une entrée d'un matériau de source, le chiffre 10 désigne un jet de plasma, le chiffre 11 désigne une plaque de base, et le chiffre 12 désigne une entrée de gaz par o est introduit un gaz pour produire le jet de
plasma 10.
On donnera une description d'un procédé de production du substrat 1 en
MG-Si en utilisant l'appareil de revêtement au plasma montré à la figure 2 Une haute tension est appliquée entre les électrode 8 a et 8 b par la source d'alimentation en courant continu 7 afin de produire une décharge d'arc entre les électrodes 8 a et 8 b et, en même temps, du gaz argon (Ar) ou analogue est introduit dans l'appareil de revêtement au plasma par l'entrée 12 de gaz à une haute pression, ainsi le gaz devient un plasma à haute température à des dizaines de milliers de 'C du fait de la décharge de l'arc et le jet de plasma 10 est émis des électrodes vers l'extérieur A ce moment, la poudre de MG-Si, ayant une taille des particules de plusieurs dizaines de microns est injectée dans le jet de plasma 10 par l'entrée 9 La poudre de MG-Si est fondue par le plasma à haute température et est pulvérisée sur le substrat ou plaque de base 11 La plaque de base 11 est refroidie par un appareil de refroidissement à l'eau ou de refroidissement à l'air (non représenté) de manière que le MG-Si fondu appliqué sur la plaque de base 11 se refroidisse et se solidifie Ce procédé est répété plusieurs fois afin de donner un substrat la en MG-Si Ensuite, le substrat la est enlevé de la plaque de base 11 avec pour résultat un substrat 1 en MG-Si qui se
tient de lui-même.
Une description sera donnée de la production de la pile solaire en film
mince montrée à la figure 1 Initialement, on place le substrat 1 en MGSi, formé par le procédé de revêtement au plasma ci-dessus décrit, dans un appareil de dépôt chimique en phase vapeur Alors, un gaz de source, tel que Si H 4 ou Si HC 13, est introduit dans l'appareil pour dépôt chimique en phase et est résolu à une température pouvant atteindre 1000 'C, ainsi un film en Si polycristallin devant être une couche active 2 se forme sur le substrat 1 sur une épaisseur de plusieurs dizaines de microns Le film en Si, juste après sa croissance a une petite taille du grain et dans certains cas Si polycristallin est fondu et recristallisé par un rayonnement laser ou un chauffage avec une lampe afin d'augmenter la taille du grain Après avoir formé la couche active 2, la jonction p- n 3 est produite dans la couche active 2 par diffusion d'impuretés ou implantation d'ions La jonction p-n peut être produite en changeant le type du gaz dopant tout en introduisant un gaz dopant dans l'appareil pour dépôt chimique en phase vapeur afin de développer la couche active dans l'appareil pour dépôt chimique en phase vapeur Alternativement, la jonction p-n peut être produite en déposant un film microcristallin d'un type de conductivité opposé au type de conductivité de la couche active, sur la couche active, dans un appareil
de dépôt chimique en phase vapeur au plasma.
Après formation de la jonction p-n, l'électrode supérieure 4 comprenant de l'argent ou analogue est formée sur la couche active 2 De préférence, l'électrode supérieure 4 est formée par impression à l'écran ou dépôt en phase vapeur Il y a certains cas o un film anti-réflexion est formé sur le film mince en Si polycristallin en pulvérisant ou analogue En tant que film anti-réflexion, on utilise un film conducteur transparent servant également d'électrode comme un film en ITO (In 203:Sn O 2), un film en Sn O 2, ou un film en Zn O un bien un
film isolant tel qu'un film en Si 3 N 4.
Le substrat formé par le revêtement au plasma est plus poreux que le substrat formé par moulage et il comprend d'innombrables pores La figure 3 est une vue agrandie des grains du substrat que l'on obtient par revêtement au plasma Sur la figure 3, le chiffre de référence 13 désigne un grain de Mg-Si dont le diamètre est de plusieurs microns jusqu'à 100 microns et le chiffre 14 désigne les impuretés qui se séparent du grain Lorsque ce substrat est soumis à un traitement à haute température, les impuretés incorporées dans le substrat ne jaillissent pas du substrat Cela est dû au fait que les impuretés 14 se séparent de
chaque grain 13 en MG-Si et se rassemblent sur le pourtour du grain, c'est-à-
dire que les impuretés 14 sont régulièrement rassemblées dans les pores, c'est-à-
dire les espaces entre les grains 13 Par conséquent, il n'y a pas de destruction de la couche active du fait de la séparation des impuretés dans le processus subséquent. Bien que MG-Si soit utilisé comme matériau de source dans le premier mode de réalisation ci-dessus décrit, tout matériau peut être utilisé tant qu'il présente les propriétés de conductivité et de résistance à la chaleur qui sont
requises d'un substrat de support thermo-résistant.
La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une pile solaire en film mince selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention Sur la figure 4, le chiffre de référence 15 désigne un substrat de base comprenant de l'acier inoxydable, du verre, de l'alumine, du carbone, de l'aluminium ou analogue Un film 21 est formé sur le substrat de base 15 par le procédé de revêtement au plasma Le film 21 sera appelé ci- après film de revêtement au plasma Une couche active 2 en film mince en Si polycristallin est disposée sur le film 21 de revêtement au plasma Une jonction p-n 3 est formée dans une région de surface de la couche active 2 par diffusion ou analogue Une électrode
supérieure 4 est disposée sur la couche active 2 ayant la jonction p-n 3.
Dans le premier mode de réalisation ci-dessus décrit, la totalité du substrat 1 est formée par revêtement au plasma C'est-à-dire que le matériau de source est pulvérisé sur la plaque de base 11 pour former une couche et ensuite la couche est enlevée de la plaque de base pour obtenir le substrat 1 Cependant, dans ce deuxième mode de réalisation, le substrat de base 15 et le film de revêtement au plasma 21 formé sur le substrat de base sont utilisés en tant que substrat. Plus particulièrement, le film de revêtement au plasma 21 est formé à la surface du substrat de base 15 en utilisant l'appareil de revêtement au plasma de la figure 2 Dans ce cas, comme le substrat de base 15 supporte mécaniquement
le film de revêtement au plasma 21, le film 21 ne doit pas se supporter de lui-
même et par conséquent il peut être mince Par suite, le procédé de revêtement au plasma est simplifié De plus, la production de la pile solaire montrée à la figure 1, o l'on forme le substrat 1 par revêtement au plasma, comprend une étape d'enlèvement du substrat 1 par rapport à la plaque de base 11 Cependant, dans ce deuxième mode de réalisation utilisant la plaque de support 15, l'étape
d'enlèvement peut être supprimée, ce qui simplifie le processus de production.
La figure 5 est une vue en coupe transversale d'une pile solaire en film mince selon un troisième mode de réalisation de la présente invention Dans ce troisième mode de réalisation, une couche de jonction p-n 16 est formée par
revêtement au plasma.
Une description sera donné d'un procédé de production de la pile solaire
en film mince de la figure 5 Initialement, des particules de Si dopé du type p sont appliquées sur un substrat 31 comprenant de l'acier inoxydable, du verre, de l'alumine, du carbone, de l'aluminium ou analogue, en utilisant l'appareil de revêtement au plasma de la figure 2 pour former une couche i 6 a du type p d'une région active d'une pile solaire Alors, des particules de Si dopé du type N sont appliquées sur la couche i 6 a du type p afin de former une couche i 6 b du type n,
pour donner une jonction p-n entre les couches 16 a du type p et 16 b du type n.
Alternativement, les couches du type p et du type N peuvent être formées en employant des particules de Si non dopé comme matériau de source et en mélangeant le gaz dopant du type p ou du type N dans l'amosphère pendant le revêtement au plasma De plus, un substrat formé par le procédé de revêtement au plasma du premier ou deuxième mode de réalisation peut être utilisé en tant
que substrat 31.
Dans le cas o l'on utilise les particules de Si dopé, des particules 160 a en Si dopé du type p sont appliquées sur le substrat 31 comme le montre la figure 8 (a) et ensuite des particules 160 b en Si dopé du type N sont appliquées sur les particules en Si dopé du type p comme le montre la figure 8 (b), pour ainsi produire la jonction p-n De préférence, du bore (B) est utilisé pour le dopant du type p et du phosphore (P) ou de l'antimoine (Sb) est utilisé comme dopant du type N et on les dope dans les particules de Si jusqu'à une concentration de 1015 1020 cm-3 Dans ce procédé, la profondeur de la jonction p-n est contrôlée en changeant le diamètre de la particule en Si du type n dans une plage de 0,1 à 100 microns ou en changeant l'épaisseur du film du
typ N qui est déposé.
La figure 7 est un schéma illustrant, en plus de détail, le procédé de production de la jonction p-n en utilisant les particules en Si non dopé et les gaz dopant Sur la figure 7, un appareil 73 de revêtement au plasma et un suscepteur 72 sur lequel est placé un substrat 31 sont incorporés dans une chambre 71 Une alimentation en gaz dopant 74 du p et une alimentation en gaz dopant 75 du type N sont connectées à la chambre 71 Comme le montre la figure 7, les
particules en Si non dopé sont appliquées au substrat 31 dans la chambre 71.
D'abord, un gaz dopant du type p est introduit dans la chambre à partir de l'alimentation 74 en gaz dopant du type p puis il est changé pour un gaz dopant du type N provenant de l'alimentation 75 en gaz dopant du type n, pour ainsi produire la jonction p-n De préférence, on utilise B 2 H 6 comme gaz dopant du
type p et PH 3 comme gaz dopant du type n.
Le procédé conventionnel de production d'une jonction p-n en employant une diffusion ou analogue prend environ 1 heure Cependant, dans le procédé de revêtement au plasma ci-dessus décrit, une jonction p-n est produite en 1 10 secondes ce qui signifie que le temps de production d'une pile solaire
en film mince est considérablement réduit.
La figure 6 est une vue en coupe transversale d'une pile solaire en film mince selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention Tandis que dans le troisième mode de réalisation montré à la figure 5, la couche de jonction 16 est formée sur le substrat de support 31, dans ce quatrième mode de réalisation, une couche i 6 a du type p est formée sur une épaisseur suffisante
pour qu'elle puisse tenir d'elle-même et ainsi on peut supprimer le substrat 31.
Tandis que dans les troisième et quatrième modes de réalisation ci-
dessus décrits, la jonction p-n est produite en déposant la couche du type N sur la couche du type p, on peut la produire en formant une couche du type p puis en diffusant un dopant du type N à partir de la surface de la couche du type p. Bien que le temps de production de la jonction p-n ne soit pas réduit dans ce cas, le temps de production de la couche active est réduit en comparaison avec
le procédé par dépôt chimique en phase vapeur ou analogue.
Par ailleurs, lorsque l'on forme un substrat semi-conducteur sur une plaque de base par un procédé de revêtement au plasma, il se déforme pendant ou après le procédé de revêtement au plasma Dans le pire des cas, il peut se casser Par conséquent, quand on utilise le substrat semi-conducteur sans plaque de base l'on ne peut en obtenir qu'un déformé ou cassé n'ayant qu'environ 3 cm de côté Par ailleurs, lorsque l'on utilise un substrat qui adhère à la plaque de base, la taille maximale du substrat disponible est d'environ 8 cm au carré et il
est difficile d'en obtenir un plus grand.
Un cinquième mode de réalisation de l'invention a pour but de résoudre
les problèmes ci-dessus décrits Dans ce mode de réalisation, un substrat semi-
conducteur de grande taille (plus grand que 10 cm au carré) qui n'est déformé ni
cassé sans substrat de base est obtenu par procédé de revêtement au plasma.
Les figures 9 (a) et 9 (b) sont des schémas illustrant le procédé de production d'un substrat semi-conducteur ou d'un lingot semi-conducteur selon le cinquième mode de réalisation de la présente invention Sur la figure 9, le chiffre 91 désigne un substrat de base en forme de boîte tel qu'un moule qui comprend de l'acier inoxydable ou analogue et qui a une partie de fond 91 a et des parois latérales 91 b Le moule 91 est entouré d'un appareil de refroidissement à l'eau ou de refroidissement à l'air 92 L'appareil de revêtement
au plasma de ce mode de réalisation est identique à celui montré à la figure 2.
Sur la figure 9 (a), les mêmes chiffres de référence que sur la figure 2 désignent des pièces identiques ou correspondantes Le chiffre de référence 93 désigne MG-Si appliqué dans le moule 91 et solidifié Dans ce mode de réalisation, le moule 91 est fixé et un pistolet de l'appareil de revêtement au plasma se déplace dans la direction montrée par la flèche A de manière que la distance entre le pistolet et la surface de revêtement puisse être maintenue constante pendant le processus de revêtement La figure 9 (b) est une vue en coupe transversale faite le long de la ligne I Xb-I Xb de la figure 9 (a) Comme le montre la figure 9 (b), la partie de fond du moule 91 est de forme carrée et chaque bord du carré a
environ 10 cm.
Quand le pistolet de l'appareil de revêtement au plasma explore une aired'environ 10 cm au carré, les particules de MG-Si sont régulièrement appliquées sur cette aire Cette exploration est effectuée de manière répétée jusqu'à ce que le moule 91 soit rempli de MG-Si La distance entre le pistolet et la surface de revêtement est d'environ 10 cm et elle est maintenue constante pendant le processus de revêtement en déplaçant lentement l'appareil de revêtement dans la direction montrée par la flèche A Comme le moule 91 est refroidi par un appareil 92 de refroidissement à l'eau ou de refroidissement à l'air, les particules de MG-Si qui sont appliquées dans le moule 91 sont rapidement solidifiées et le
moule lui-même n'est pas fondu par la chaleur du plasma à haute température.
De plus, la surface interne du moule 91 est lisse comme un miroir, donc MG-Si 93 est facile à sortir du moule après procédé de revêtement MG-Si sorti du moule est un lingot en parallélépipède rectangle 200 que l'on peut voir à la figure 1 (a) Ce lingot 200 est coupé en tranches à une épaisseur appropriée,
pour donner un substrat 201 pour une pile solaire en film mince ou analogue.
Dans ce cinquième mode de réalisation, le matériau de la source est introduit dans le moule 91 en forme de boîte par le procédé de revêtement au plasma pour former le lingot 200 et ensuite le lingot est coupé en tranches afin de former le substrat 201 Par conséquent, les problèmes de déformation ou de gauchissement et des fissures sont évités, ce qui donne un substrat de grande
taille sans déformation.
Dans le cinquième mode de réalisation ci-dessus décrit, la surface inférieure du moule 91 qui est opposée à la tubulure émettant le matériau de source de l'appareil de revêtement de plasma est carrée mais elle peut être circulaire, rectangulaire ou analogue selon la forme du substrat souhaité De plus, bien que la surface du fond du moule 91 soit plate dans le cinquième mode de réalisation, la forme interne du moule peut être en cône circulaire, en cône carré ou analogues Si la forme interne du moule est en cône carré, on obtient le
lingot 202 et le substrat 203 que l'on peut voir à la figure 11 (b).
Par ailleurs, bien que la taille de la surface du fond du moule 91 ait environ 10 cm au carré dans le cinquième mode de réalisation, un revêtement uniforme sur une plus grande surface est possible en contrôlant les conditions de
revêtement, ce qui permet d'obtenir un substrat de plus grande taille.
La figure 10 est un schéma expliquant le procédé de production dun substrat semi-conducteur ou lingot selon un sixième mode de réalisation de la présente invention Dans ce sixième mode de réalisation, la partie de fond 91 a du moule 91 se déplace pour maintenir la distance constante entre le pistolet de l'appareil de revêtement au plasma et la surface de revêtement Plus particulièrement, une barrre 94, qui adhère à la partie de fond 91 a du moule 91, se déplace lentement dans la direction montrée par la flèche B, selon l'épaisseur de MG-Si revêtu, donc la surface de MG-Si est toujours à la même distance du pistolet de l'appareil de revêtement de plasma De même, dans ce sixième mode de réalisation, le lingot 200 en MG-Si en forme de parallélépipède rectangle que l'on peut voir à la figure 11 (a) est sorti du moule 91 Ce lingot 200 est coupé en tranches d'une épaisseur appropriée pour obtenir le substrat 201 pour une pile
solaire en film mince ou analogues.
Tandis que, dans les cinquième et sixième modes de réalisation ci-
dessus décrits, le lingot en MG-Si est formé par procédé de revêtement au plasma puis il est coupé en une plaque afin d'obtenir un substrat sans déformation, on peut former un substrat sans déformation en introduisant le matériau de source dans un moule ayant la forme du substrat souhaité et en
sortant le substrat du moule.
Les figures 12 (a) et 12 (b) sont des schémas illustrant le procédé de production d'un substrat semi-conducteur selon un septième mode de réalisation de la présente invention o la figure 12 (a) est une vue en coupe dans une direction parallèle à la direction du revêtement au plasma et la figure 12 (b) est une vue en coupe faite suivant la ligne XI Ib-X Ib de la figure 12 (a) Sur ces figures, les mêmes chiffres de référence que sur les figures 9 (a) et 9 (b) désignent
des pièces identiques ou correspondantes.
Comme moule ayant la forme du substrat souhaité, on peut considérer un moule obtenu en attachant les parois latérales déterminant le contour du substrat à la plaque de base 11 de la figure 2 Cependant, il est difficile à ce moule d'empêcher la déformation du substrat pendant ou après revêtement au plasma. Dans ce septième mode de réalisation, un moule 91 a une cavité dont la forme interne est égale à la forme du substrat souhaité et dont l'ouverture correspond à la surface latérale du substrat Le matériau de source du substrat, c'est-à-dire MG-Si, s'accumule dans le moule non pas dans la direction de l'épaisseur mais dans la direction de la largeur du substrat Par conséquent, il est facile de former un substrat de grande taille sans déformation Lorsqu'on empile un certain nombre de moules 91 comme le montre les figures 12 (a) et 12 (b), on peut former en même temps un certain nombre de substrats Dans ce mode de réalisation, le moule 91 est fixé et le pistolet de l'appareil de revêtement au plasma (non représenté) se déplace pour maintenir la distance constante entre le
pistolet et la surface de revêtement.
La figure 13 est une vue en coupe illustrant un procédé de production d'un substrat semi-conducteur selon un huitième mode de réalisation de la présente invention Dans ce huitième mode de réalisation, la partie de fond 91 a du moule 91 se déplace dans la direction montrée par la flèche et la distance entre la surface du revêtement et le pistolet de l'appareil de revêtement (non
représenté) est maintenue constante.
La figure 14 est une vue en perspective illustrant un procédé de production dun substrat semi-conducteur selon un neuvième mode de
réalisation de la présente invention Sur la figure 14, un matériau semi-
conducteur est appliqué sur un substrat de base 95 par un masque 96 ayant un certain nombre d'ouvertures, chacune ayant la forme d'une surface latérale d'un substrat semi-conducteur souhaité et ainsi on forme un certain nombre de substrats semi-conducteurs 97 entre le masque 96 et le substrat de base 95 La distance entre la tubulure 98 émettant le matériau de la source de l'appareil de revêtement au plasma et le masque 96 est maintenue constante Le substrat de base,95 se déplace lentement dans la direction montrée par la flèche pendant le processus de revêtement, donc l'accumulation du matériau de source est toujours effectué à la surface du masque 96 Comme la surface du masque 96 opposée à la tubulure 98 est aussi lisse qu'un miroir, le matériau de source ne s'y accumule pas Le masque 96 et le substrat 95 sont refroidis par un moyen de
refroidissement à l'air ou de refroidissement à l'eau (non représenté).
Tandis que dans les cinquième à neuvième modes de réalisation ci-
dessus décrits, on utilise MG-Si comme matériau de source du lingot ou du substrat, tout matériau peut être utilisé tant qu'un substrat formé de ce matériau
peut être utilisé comme substrat d'un dispositif semi-conducteur.
Tandis que dans les premier à neuvième modes de réalisation ci-dessus décrits, on emploie le procédé de revêtement au plasma, d'autres procédés de revêtement comme un procédé de revêtement en utilisant un arc, peuvent être utilisés Cependant, le procédé de revêtement au plasma présente l'avantage, par rapport à d'autres procédés, de pouvoir être accomplis dans l'air.
Comme cela est évident de la description qui précède, selon la présente
invention, une pile solaire en film mince comprend une couche active en film mince qui est disposée sur un substrat formé par le procédé de revêtement au plasma Par conséquent, même lorsque l'on utilise un matériau à bon marché contenant beaucoup d'impuretés, pour le substrat, les impuretés ne jaillissent
jamais du substrat pour passer à travers la couche active.
De plus, selon la présente invention, une couche active d'une pile solaire ayant une jonction p-n est formée par un procédé de revêtement au plasma Par conséquent, le temps de formation de la couche active ou de la jonction p-n est
considérablement réduit.
De plus, selon la présente invention, un moule en forme de boîte est rempli d'un matériau de source par le procédé de revêtement au plasma afin de donner un lingot et ensuite le lingot est coupé en tranches pour obtenir un substrat Par conséquent, il est facile de former un substrat de grand taille sans
déformation.
De plus, selon la présente invention, un moule ayant une cavité dont la forme interne est égale à la forme du substrat souhaité et dont l'ouverture
correspond à la surface latérale du substrat est préparé et un matériau semi-
conducteur est appliqué dans le moule à partir de l'ouverture pour remplir le moule au moyen du matériau Par conséquent, il est facile de former un substrat
de grande taille sans déformation.
De plus, selon la présente invention, un matériau semi-conducteur est appliqué sur une plaque de base à travers un masque ayant une ouverture sous la forme d'une surface latérale d'un substrat souhaité, et ainsi on forme un substrat semi-conducteur entre le masque et la plaque de base Par conséquent, il est
facile de former un substrat semi-conducteur de grande taille sans déformation.
Claims (20)
1 Pile solaire en film mince du type comprenant une couche active en un film mince semi-conducteur avec une jonction p-n et un substrat la supportant mécaniquement, caractérisée en ce que ledit substrat ( 1) est formé par un procédé de revêtement au plasma qui consiste à faire fondre un matériau de source dudit substrat par un plasma à haute température et à pulvériser le matériau fondu de source sur une plaque de base par un jet de gaz à vitesse rapide. 2 Pile solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat comprend un substrat de base et une couche formée sur ledit substrat de base par ledit procédé de revêtement au plasma, ladite couche active ( 2) étant formée sur
ladite couche.
3 Pile solaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau
de la source est du silicium de qualité métallurgique.
4 Pile solaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que le substrat
de base se compose d'inoxydable, verre, alumine, carbone ou aluminium.
Pile solaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que le matériau
de la source est du silicium de qualité métallurgique.
6 Pile solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat est formé par application du matériau de la source sur la plaque de base ( 11) par procédé de revêtement au plasma afin de former une couche puis on sépare
ladite couche de ladite plaque de base.
7 Pile solaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que le matériau
de la source est du silicium de qualité métallurgique.
8 Pile solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat est formé par une étape consistant à remplir une cavité d'un moule ( 91) par le
matériau de la source par le procédé de revêtement au plasma.
9 Pile solaire selon la revendication 8, caractérisée en ce que le substrat est formé par le fait qu'une cavité d'un moule ( 91) d'une forme prescrite est remplie d'un matériau semi-conducteur afin de former un lingot et ensuite ledit
lingot est sorti du moule et coupé en tranches.
Pile solaire selon la revendication 9, caractérisée en ce que le
matériau semi-conducteur est un silicium de qualité métallurgique.
11 Pile solaire selon la revendication 8, caractérisée en ce que le substrat est formé par le fait qu'une cavité d'un moule ( 91) dont la forme interne est égale à celle d'un substrat souhaité et dont l'ouverture correspond à une surface latérale dudit substrat est remplie d'un matériau semi-conducteur par le
procédé de revêtement au plasma.
12 Pile solaire selon la revendication 11, caractérisée en ce que le
matériau semi-conducteur est du silicium de qualité métallurgique.
13 Pile solaire selon la revendication 11, caractérisée en ce que le substrat est formé par application d'un matériau semi-conducteur sur une plaque de base par un masque ( 96) dont l'ouverture a la forme d'une surface latérale
d'un substrat souhaité.
14 Pile solaire selon la revendication 13, caractérisée en ce que le
matériau semi-conducteur est du silicium de qualité métallurgique.
Pile solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche
active est formée par un procédé de revêtement au plasma.
16 Pile solaire selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'une jonction p-n de la couche active est formée par un procédé de revêtement au
plasma.
17 Procédé de production d'une pile solaire en film mince comprenant une couche active semi-conductrice ayant une jonction p-n, caractérisé en ce qu'il consiste à: former ladite couche active par un procédé de revêtement au plasma qui consiste à faire fondre un matériau de source de ladite couche active par un plasma à haute température et à pulvériser le matériau fondu de source sur un
substrat de base par un jet de gaz à vitesse rapide.
18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il consiste à former la jonction p-n de la couche active par un procédé de revêtement au
plasma.
19 Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il consiste à: former une couche semi-conductrice d'un premier type de conductivité par le procédé de revêtement au plasma; et former une couche semi- conductrice d'un second type de conductivité sur la couche du premier type de conductivité par le procédé de revêtement au plama. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il consiste à: former la couche semi-conductrice du premier type de conductivité en employant un matériau semi-conducteur dans lequel sont dopées des impuretés du premier type de conductivité; et former la couche semi-conductrice du second type de conductivité en employant un matériau semi-conducteur dans lequel sont dopées des impuretés
du second type de conductivité.
21 Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il consiste à: former la couche semi-conductrice du premier type de conductivité en
employant un revêtement au plasma et une accumulation d'un matériau semi-
conducteur non dopé dans une atmosphère d'un gaz dopant d'un premier type de conductivité; et former la couche semi-conductrice du second type de conductivité en
employant un revêtement au plasma et une accumulation du matériau semi-
conducteur non dopé dans une atmosphère d'un gaz dopant d'un second type de conductivité. 22 Procédé de production d'un lingot semi-conducteur qui est coupé en tranches que l'on utilise en tant que substrats semiconducteur pour la fabrication de piles solaires en films minces, caractérisé en ce qu'il consiste à: faire fondre un matériau semiconducteur et appliquer ledit matériau semi-conducteur fondu dans un moule ayant une forme prescrite jusqu'à ce que ledit moule soit rempli dudit matériau semi-conducteur afin de produire un lingot semi- conducteur; et
sortir ledit lingot semi-conducteur dudit moule.
23 Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il consiste à faire fondre le matériau semi-conducteur par un plasma à haute température et à pulvériser ledit matériau semi-conducteur fondu par un jet de gaz à haute température. 24 Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que le moule comprend une partie de fond et une paroi latérale qui entoure ladite partie de fond. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que la forme
interne du moule est un cône.
26 Procédé de production d'un substrat semi-conducteur utilisé pour la fabrication d'une pile solaire en film mince, caractérisé en ce qu'il consiste à: faire fondre un matériau semi-conducteur et pulvériser ledit matériau semi-conducteur fondu dans une cavité d'un moule dont la forme interne est égale à la forme du substrat souhaité et dont l'ouverture correspond à une surface latérale dudit substrat jusqu'à ce que ladite cavité soit remplie dudit matériau semi-conducteur afin de produire un substrat semi-conducteur; et
sortir ledit substrat semi-conducteur dudit moule.
27 Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'il consiste à faire fondre le matériau semi-conducteur par un plasma à haute température et à pulvériser ledit matériau semi-conducteur fondu par un jet de gaz à vitesse rapide. 28 Procédé de production d'un substrat semi-conducteur utilisé pour la fabrication d'une pile solaire en film mince, caractérisé en ce qu'il consiste à: faire fondre un matériau semi-conducteur et pulvériser ledit matériau semi-conducteur fondu sur une plaque de base à travers un masque ayant une ouverture sous la forme d'une surface latérale d'un substrat semi-conducteur souhaité de manière qu'un substrat semi-conducteur soit formé entre ledit
masque et ladite plaque de base.
29 Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il consiste à faire fondre le matériau semi-conducteur par un plasma à haute température et à pulvériser ledit matériau semi-conducteur fondu sur ladite plaque de base par
un jet de gaz à vitesse rapide.
e
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