FR2722612A1 - Procede de fabrication d'un materiau ou dispositif photovoltaique, materiau ou dispositif ainsi obteu et photopile comprenant un tel materiau ou dispositif - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau ou dispositif photovoltaïque, un matériau ou dispositif ainsi obtenu et une photopile comprenant un tel matériau ou dispositif.Procédé caractérisé en ce qu'il consiste à traiter la face arrière d'une plaquette, tranche ou région de puce en silicium monocristallin, de manière à créer un champ arrière ainsi que des zones ou points de contact électrique, à traiter ensuite la face avant de manière à former une couche mince d'émetteur en surface, une jonction P-N de faible profondeur, ainsi qu'une sous-structure continue plane très fortement dopée, enterrée dans l'émetteur, de très faible épaisseur et dotée de plusieurs interfaces cristallines et électriques, notamment de deux interfaces du type L-H et de deux hétéro-interfaces cristallines et, enfin, à soumettre ladite tranche, plaquette ou région de puce, à un traitement thermique de manière à obtenir dans la couche d'émetteur une hétéro-structure de matériaux différents ou de matériaux de cristallinités différentes, coïncidant avec le profil de dopage adopté.
Description
DESCRIPTION
La présente invention concerne le domaine de la conversion de l'énergie solaire rayonnée en énergie électrique, sur la base de l'effet photovoltaïque, plus particulièrement l'augmentation du rendement et de ltefficacité des photopiles ou cellules solaires, et a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau ou dispositif photovoltaïque pouvant notamment absorber le rayonnement infrarouge, le matériau ou dispositif ainsi obtenu et une photopile ou cellule photovoltaïque comprenant un tel matériau ou dispositif.
La présente invention concerne le domaine de la conversion de l'énergie solaire rayonnée en énergie électrique, sur la base de l'effet photovoltaïque, plus particulièrement l'augmentation du rendement et de ltefficacité des photopiles ou cellules solaires, et a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau ou dispositif photovoltaïque pouvant notamment absorber le rayonnement infrarouge, le matériau ou dispositif ainsi obtenu et une photopile ou cellule photovoltaïque comprenant un tel matériau ou dispositif.
Actuellement, les cellules solaires de bonne qualité fabriqués de manière industrielle présentent un rendement, c'est-à-dire un rapport puissance maximale crête/flux photonique incident, de l'ordre de 12 à 13 %.
Ces cellules, largement commercialisées, sont constituées d'un matériau silicium monocristallin et présentent généralement une structne émetteur/base/champ arrière à une seule jonction P-N.
De plus, la face exposée au rayonnement photonique subit normalement une opération de passivation et est revêtue d'une couche anti-reflet,
n existe également des cellules solaires, comprenant une jonction P
N, fabriquées en série limitée dans des laboratoires et dont le rendement avoisine 23 %.
n existe également des cellules solaires, comprenant une jonction P
N, fabriquées en série limitée dans des laboratoires et dont le rendement avoisine 23 %.
Toutefois, ces cellules plus performantes nécessitent, pour leur réalisation, d'une part, un matériau de base du type silicium FZ ("Floating Zone") d'excellente qualité et, d'autre part, entre trente et soixante étapes différentes pour leur fabrication, en vue d'obtenir notamment une surface expose complexe (formée par une multitude de pyramides juxtaposées) capable de piéger la lumière incidente.
ll en résulte un procédé de fabrication du matériau photovoltaïque et donc des cellules très difficilement industrialisable et un prix de revient, du fait du matériau de départ et de la complexité de la réalisation de la cellule, très élevés, limitant leur application à des domaines et à des situations très spécifiques.
Par ailleurs, il a été proposé récemment de réaliser des photopiles à base de silicium monocristallin partiellement modifié, en vue de tenter d'1argir le spectre d'absorption naturel du matériau de départ, notamment au niveau de l'infrarouge, et d'augmenter ainsi le rendement de la photopile résultante.
Plus précisément, les propositions précitées consistaient, par une implantation d'hydrogène et un traitement thermique consécutif, à transformer au niveau local la structure cristalline du silicium pour créer une couche enterrée dotée de niveaux extrinsèques.
Ces différentes approches expérimentales sont notamment décrites dans les articles suivants: "35 % Efficient Nonconcentrating Novel Silicon Solar
Cell", J.Li et al., Appl. Phys. Lett., 60 (1992) 2240-2242; "A Study on Solar Cells
Based on the "Junction Near Local Defect Layer "Design", C. Sumnote et al., lidi
E.C. Photovoltaïc Solar Energy Conference, Montveux, Suisse, Octobre 1992, pages 370 à 373 et "New Type of Silicon Material with High Quality Surface
Layer on Insulating Defect Layer", Electronic Letters, 28 (1992) 652-653.
Cell", J.Li et al., Appl. Phys. Lett., 60 (1992) 2240-2242; "A Study on Solar Cells
Based on the "Junction Near Local Defect Layer "Design", C. Sumnote et al., lidi
E.C. Photovoltaïc Solar Energy Conference, Montveux, Suisse, Octobre 1992, pages 370 à 373 et "New Type of Silicon Material with High Quality Surface
Layer on Insulating Defect Layer", Electronic Letters, 28 (1992) 652-653.
La réalisation pratique la plus répandue des propositions ci-dessus est celle connue sous la dénomination JNDL "Junction Near local Defect Layer") et consiste à implanter à travers un masque une sous-structure discontinue.
Or, cette sous-structure discontinue élimine toute possibilité de création d'une deuxième barrière de potentiel nécessaire à l'augmentation de tension de circuit ouvert VOC et elle présente, en outre, une résistivité supérieure à celle du matériau de départ.
De plus, la vitesse de recombinaison locale à l'intérieur de la couche de défauts est très élevée et le champ électrique de la jonction P-N n'est pas suffisant pour sauver les porteurs photogénCs de la zone de défauts.
Ainsi, tous les porteurs en excès du même signe sont dirigés vers la même direction par rapport à l'interface P-N et le champ électrique est appliqué à la sous-structure comme une polarisation externe. En outre, la longueur du parcours moyen des porteurs photogénés est à peu près égale à la moitié de ltépaisseur de la substructure et la présence de centres de recombinaison diminue substantiellement la durée de vie effective des porteurs.
De ce fait, la probabilité d'extraction des photoporteurs de la substructure avant leur recombinaison est très faible dans les dispositifs et les matériaux décrits dans les publications précitées.
Par ailleurs, la couche modifiée dans l'émetteur d'épaisseur submicronique est composé de rares cavités vides (en anglais "bubbles') dans lesquelles aussi bien le silicium que l'hydrogène sont absents, le recuit réduisant les dimensions géométriques de ces cavités.
Enfin, les zones de photogénération infrarouge de la couche de défauts introduisent de nouveaux centres de recombinaison dans l'émetteur dégradant ainsi la durée de vie même dans la partie cristalline.
Enfin, on connaît également, notamment par les publications "Surface States and Buried Interface States Studies in Semiconductors by
Photothermal Deflection Spectroscopy", Zammit U. et al., J. Appl. Phys., 70 (1991) 7060-7064 et "Gapstates Distribution of Ion-implanted Si and GaAs from
Subgap Absorption Measurements", U. Zammit et al., Phys. Rev. B46 (1992) 7515-7518 un procédé d'obtention d'un matériau pouvant absorber en partie les infrarouges, ledit matériau étant obtenu à partir de silicium monocristallin modifié en volume par implantation d'impuretés dopantes sur une couche relativement épaisse, dont l'épaisseur et le positionnement ne peuvent être contrôlés, empêchant ainsi toute reproductibilité à l'identique dudit procédé.
Photothermal Deflection Spectroscopy", Zammit U. et al., J. Appl. Phys., 70 (1991) 7060-7064 et "Gapstates Distribution of Ion-implanted Si and GaAs from
Subgap Absorption Measurements", U. Zammit et al., Phys. Rev. B46 (1992) 7515-7518 un procédé d'obtention d'un matériau pouvant absorber en partie les infrarouges, ledit matériau étant obtenu à partir de silicium monocristallin modifié en volume par implantation d'impuretés dopantes sur une couche relativement épaisse, dont l'épaisseur et le positionnement ne peuvent être contrôlés, empêchant ainsi toute reproductibilité à l'identique dudit procédé.
En outre, l'activation des impuretés dopantes n'est pas non plus contrôlée et les limites de ladite couche a structure modifiée ne sont pas nettement définies, ni en ce qui concerne leur positionnement, ni en ce qui concerne leur géométrie, notamment leur planéité.
Par ailleurs, il a été constaté que, bien qu'il y ait absorption optique d'une partie du rayonnement infrarouge dans la couche à structure modifiée, avec toutefois une action pratiquement nulle sur les photons dont l'énergie est inférieure à 0,5 eV, aucune absorption optique donc aucun photocourant correspondant n'avait pu être détecté, ce qui enlève tout intérêt d'une éventuelle application industrielle (en tant que photopile) d'un tel matériau puisque le rendement ne serait pas augmenté par rapport à une photophile classique, sinon diminué.
La présente invention a notamment pour but de pallier l'ensemble des inconvénients précités, en proposant en particulier un matériau photovoltaïque pouvant, en plus de la lumière visible également absorber le rayonnement infrarouge, même de longueur d'onde supérieure à 3200 nm, et délivrer un photocourant supplémentaire correspondant, augmentant de ce fait considérablement le rendement des photopiles comprenant un tel matériau.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau à base de silicium monocristallin pouvant absorber notamment le rayonnement infrarouge, caractérisé en ce qu'il consiste à obtenir une plaquette, une tranche ou une région de puce de silicium monocristallin présentant une longueur de diffusion supérieure au parcours des porteurs minoritaires dans la base à former ou supérieure à l'épaisseur totale de ladite plaquette, tranche ou région de puce, puis à traiter la face arrière de ladite plaquette, tranche ou région de puce, non destinée à être exposée au rayonnement photonique, de manière à créer un champ arrière ainsi que des zones ou points de contact électrique, à traiter ensuite la face avant de manière à former une couche mince d'émetteur en surface, une jonction P-N de faible profondeur, ainsi qu'une sous-structure continue plane très fortement dopée, enterrée dans l'émetteur, de très faible épaisseur et dotée de plusieurs interfaces cristallines et électriques, notamment de deux interfaces du type L-H et de deux hétéro-interfaces cristallines et, enfin, à soumettre ladite tranche, plaquette ou région de puce, notamment la face présentant l'émetteur, à un traitement thermique, à des températures et pendant des durées déterminées, de manière à obtenir, dans la couche d'émetteur, une hétéro-structure de matériaux différents ou de matériaux de cristallinités différentes, notamment une structure à trois couches du type silicium monocristallin/silicium amorphe ou modifié/silicium monocristallin, coïncidant avec le profil de dopage adopté notamment du type connu sous la désignation dopage.
L'invention concerne également une tranche ou plaquette de matériau de photovoltaïque obtenue au moyen du procédé de fabrication décrit ci-dessus, consistant essentiellement en du silicium monocristallin et comprenant une couche formant émetteur au niveau de sa face avant ou destinée à être exposée, une structure de champ arrière au niveau de sa face non exposée et une jonction P-N dans l'épaisseur de ladite tranche ou plaquette, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une sous-structure continue et fortement dopée de silicium amorphisé ou modifié, enterrée dans l'épaisseur de l'émetteur et de très faible épaisseur, ladite sous-structure présentant une résistivité inférieure à celle du matériau de départ et étant délimitée par des interfaces cristallines et électriques planes, notamment par deux hétéro-interfaces cristallines planes et deux homo-interfaces UH, confondues ou non avec les hétéro-interfaces et correspondant aux limites de la sous-structure après implantation des impuretés dopantes et avant recuit formateur, ladite sous-structure étant, en outre, pourvue de champs électriques intrinsèques opposés formés au niveau de chaque homo-interface UH favorisant l'extraction des porteurs minoritaires photogénérés dans ladite sous-structure, ladite tranche ou plaque de matériau constituant ainsi un dispositif photovoltaïque multi-interface.
Enfin, l'invention a pour objet une cellule photovoltaïque ou photophile, caractérisée en ce qu'elle comporte en tant que matériau actif une portion de tranche ou une plaquette de matériau photovoltaïque tel que décrit cidessus, la face exposée de ladite portion de tranche ou plaquette était conformée et/ou recouverte d'une couche d'un matériau déterminé de manière à constituer un confinement optique notamment pour le rayonnement infrarouge, dans l'épaisseur dudit matériau actif.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une photopile comprenant, en tant que matériau actif, une tranche ou plaquette de matériau obtenu selon le procédé conforme à l'invention;
la figure 2 est une vue en coupe d'un échantillon implanté hydrogène à travers un biseau de tgx = 0,01187 et avec un agrandissement de 180;
la figure 3 est une courbe montrant le profil de dopage des impuretés mesuré sur l'échantillon de la figure 2 selon la méthode de spectroscopie de masse d'ions secondaires, dite SIMS;
la figure 4 est une courbe montrant le profil de résistance répartie ("spreading resistance") à travers une cavité de l'échantillon représenté à la figure 2;
la figure 5 montre la composition structurale d'un émetteur implanté d'ions phosphore conformément à une variante du procédé selon l'invention mesuré par la méthode dite de rétrodiffusion de Rutherford (RBS);
la figure 6 représente les courbes du profil de dopage et du profil de dopage actif relevées par les méthodes de SIMS et de spreading resistance d'un échantillon présentant un émetteur formé par implantation d'ions phosphore, identique à celui considéré à la figure 5
la figure 7 représente des courbes de répartition d'impuretés ou de porteurs libres dans un émetteur formé par implantation d'ions phosphore, identique à celui considéré à la figure 6 et avec la visualisation de deux hétén > interfaces cristallines et des deux homo-interfaces L-H;
la figure 8 représente des courbes de profils d'implantation expérimentales obtenues par les méthodes SIMS et spreading resistance et de profil d'implantation théorique;
la figure 9 représente, sous forme de courbes, l'absorption optique d'un échantillon muni d'une sous-structure absorbante et formé par implantation d'ions phosphore et d'un échantillon de silicium monocristallin normal;
la figure 10A représente, sous forme de courbes, la transmission face arrière des échantillons considérés à la figure 9
la figure lOB représente, sous forme de courbes, la réflexion face avant des échantillons considérés à la figure 9;
les figures 11A et 11B montrent les densités de courant en fonction de la longueur d'onde, d'une part, d'un dispositif ou échantillon photovoltaïque selon l'invention et pourvu d'une sous-structure absorbante et d'autre part d'un dispositif photovoltaïque classique d'un rendement d'environ 16 %, avec des illuminations respectivement opérées au moyen d'une lampe monochromatique avec un spectre infrarouge plus étroit (figure llA) et au moyen d'une lampe monochromatique avec un spectre infrarouge élargie (figure 11B);
la figure 12 représente la comparaison des distributions des champs électriques intrinsèques dans une sous-structure mince avec et sans dopage selon l'invention (dopage);
la figure 13 représente la distribution du potentiel électrique dans une cellule à champ arrière muni d'un champ arrière et d'une sous-structure selon l'invention d'épaisseur 40 nm, selon la durée de vie des porteurs dans la sousstructure;
la figure 14 représente différentes distributions de courant d'électrons (porteurs majoritaires) en fonction de différentes épaisseurs de la sous-structure, la durée de vie dans la sous-structure étant de 10-6 lls;
la figure 15 représente, de manière et dans des conditions similaires à celles de la figure 14, différentes distributions de courant de trous (porteurs minoritaires);
les figures 16 et 17 représentent, à titre comparatif, respectivement deux distributions de courants d'électrons et de trous, pour des structures épaisses de 160 nm présentant des durées de vie différentes;
la figure 18 représente les concentrations à l'équilibre et en régime permanent sous illumination des trous pour une durée de vie dans la sous-structure de 100 ps, et,
les figures 19A et l9B montrent respectivement les courbes comparatives et la courbe différentielle de la densité du photocourant en fonction de la longueur d'onde dans le spectre visible, entre une cellule de référence de bonne qualité (rendement de 16 %) et un dispositif ou échantillon photovoltaïque selon l'invention.
la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une photopile comprenant, en tant que matériau actif, une tranche ou plaquette de matériau obtenu selon le procédé conforme à l'invention;
la figure 2 est une vue en coupe d'un échantillon implanté hydrogène à travers un biseau de tgx = 0,01187 et avec un agrandissement de 180;
la figure 3 est une courbe montrant le profil de dopage des impuretés mesuré sur l'échantillon de la figure 2 selon la méthode de spectroscopie de masse d'ions secondaires, dite SIMS;
la figure 4 est une courbe montrant le profil de résistance répartie ("spreading resistance") à travers une cavité de l'échantillon représenté à la figure 2;
la figure 5 montre la composition structurale d'un émetteur implanté d'ions phosphore conformément à une variante du procédé selon l'invention mesuré par la méthode dite de rétrodiffusion de Rutherford (RBS);
la figure 6 représente les courbes du profil de dopage et du profil de dopage actif relevées par les méthodes de SIMS et de spreading resistance d'un échantillon présentant un émetteur formé par implantation d'ions phosphore, identique à celui considéré à la figure 5
la figure 7 représente des courbes de répartition d'impuretés ou de porteurs libres dans un émetteur formé par implantation d'ions phosphore, identique à celui considéré à la figure 6 et avec la visualisation de deux hétén > interfaces cristallines et des deux homo-interfaces L-H;
la figure 8 représente des courbes de profils d'implantation expérimentales obtenues par les méthodes SIMS et spreading resistance et de profil d'implantation théorique;
la figure 9 représente, sous forme de courbes, l'absorption optique d'un échantillon muni d'une sous-structure absorbante et formé par implantation d'ions phosphore et d'un échantillon de silicium monocristallin normal;
la figure 10A représente, sous forme de courbes, la transmission face arrière des échantillons considérés à la figure 9
la figure lOB représente, sous forme de courbes, la réflexion face avant des échantillons considérés à la figure 9;
les figures 11A et 11B montrent les densités de courant en fonction de la longueur d'onde, d'une part, d'un dispositif ou échantillon photovoltaïque selon l'invention et pourvu d'une sous-structure absorbante et d'autre part d'un dispositif photovoltaïque classique d'un rendement d'environ 16 %, avec des illuminations respectivement opérées au moyen d'une lampe monochromatique avec un spectre infrarouge plus étroit (figure llA) et au moyen d'une lampe monochromatique avec un spectre infrarouge élargie (figure 11B);
la figure 12 représente la comparaison des distributions des champs électriques intrinsèques dans une sous-structure mince avec et sans dopage selon l'invention (dopage);
la figure 13 représente la distribution du potentiel électrique dans une cellule à champ arrière muni d'un champ arrière et d'une sous-structure selon l'invention d'épaisseur 40 nm, selon la durée de vie des porteurs dans la sousstructure;
la figure 14 représente différentes distributions de courant d'électrons (porteurs majoritaires) en fonction de différentes épaisseurs de la sous-structure, la durée de vie dans la sous-structure étant de 10-6 lls;
la figure 15 représente, de manière et dans des conditions similaires à celles de la figure 14, différentes distributions de courant de trous (porteurs minoritaires);
les figures 16 et 17 représentent, à titre comparatif, respectivement deux distributions de courants d'électrons et de trous, pour des structures épaisses de 160 nm présentant des durées de vie différentes;
la figure 18 représente les concentrations à l'équilibre et en régime permanent sous illumination des trous pour une durée de vie dans la sous-structure de 100 ps, et,
les figures 19A et l9B montrent respectivement les courbes comparatives et la courbe différentielle de la densité du photocourant en fonction de la longueur d'onde dans le spectre visible, entre une cellule de référence de bonne qualité (rendement de 16 %) et un dispositif ou échantillon photovoltaïque selon l'invention.
Conformément à l'invention, le procédé de fabrication objet de la présente consiste, tout d'abord, à obtenir une plaquette, une tranche ou une région de puce de silicium monocristallin présentant une longueur de rediffusion supérieure au parcours des porteurs minoritaires dans la base à former ou supérieure à l'épaisseur totale de ladite plaquette, tranche ou région de puce, puis à traiter la face arrière de ladite plaquette, tranche ou région de puce, non destinée à être exposée au rayonnement photonique, de manière à créer un champ arrière ainsi que des zones ou points de contact électrique, à traiter ensuite la face avant de manière à former une couche mince d'émetteur en surface, une jonction P-N de faible profondeur, ainsi qu'une sous-structure continue plane très fortement dopée, enterrée dans l'émetteur, de très faible épaisseur et dotée de plusieurs interfaces cristallines et électriques, notamment de deux interfaces du type UH et de deux hétéro-interfaces cristallines et, enfin, à soumettre ladite tranche, plaquette ou région de puce, notamment la face présentant l'émetteur, à un traitement thermique, à des températures et pendant des durées déterminées, de manière à obtenir, dans la couche d'émetteur, une hétéro-structure de matériaux différents ou de matériaux de cristallinités différentes, notamment une structure à trois couches du type silicium monocristallin/silicium amorphe ou modifié/silicium monocristallin, coïncidant avec le profil de dopage adopté, notamment du type connu sous la désignation dopage.
Selon une première variante de réalisation de l'invention, le traitement de la face avant consiste à introduire ou à implanter des impuretés dopantes selon un profil déterminé, présentant notamment un pic important de la concentration des impuretés coïncidant avec la sous-structure, le traitement thermique consécutif réalisant une détermination de la géométrie de la sousstructure, une activation des impuretés dopantes et une guérison des défauts d'implantation d'ions d'impuretés dopantes dans l'épaisseur de la tranche, de la plaquette ou de la région de puce, avec un effet limité dans la sous-structure enterrée (pour ce qui est de l'effet de guérison).
De manière avantageuse, l'énergie d'implantation des impuretés dopantes utilisée est de l'ordre de plusieurs centaines de KeV, notamment supérieure à environ 150 KeV, et en ce que la dose d'implantation utilisée correspond à un courant d'ions de l'ordre de quelques fractions de pA.cm-2, notamment inférieure à 1 CLA.cm-2.
Selon une seconde variante de réalisation de l'invention, il peut être prévu, lors du traitement de la face avant, de réaliser une épitaxie ou une implantation à une profondeur donnée, d'un matériau actif, notamment de Ge, suivie éventuellement d'un traitement thermique et d'une éventuelle épitaxie de silicium destinée à former la face avant superficielle de l'émetteur.
Selon une troisième variante de réalisation de l'invention, le traitement de la face avant consiste à réaliser une croissance épitaxiale de l'émetteur, avec un profil de dopage du type dopage comprenant notamment une couche continue plane très fortement dopée constituant la sous-structure enterrée dans l'épaisseur de l'émetteur, puis à soumettre ladite face avant à l'implantation d'ions d'un agent neutre tel que, notamment, I'hydrogène, le silicium ou analogue.
Dans ce cas, le rôle des ions consiste principalement en l'apport de l'énergie nécessaire à la modification structurale d'une couche mince située dans l'émetteur, destinée à former la sous-structure absorbant l'infrarouge, soit par une action destructrice (ions d'hydrogène), soit par une transformation de la structure cristalline (ions de silicium).
Après implantation d'ions d'un agent neutre précité, il y a lieu de soumettre, dans le cadre de la présente variante de réalisation, notamment l'émetteur à un traitement thermique susceptible, d'une part, de réaliser une détermination de la géométrie de la sous-structure, une activation des impuretés dopantes et une guérison des défauts d'implantation d'ions d'agent neutre dans l'épaisseur de la tranche, de la plaquette ou de la région de puce, avec un effet limité dans la sous-structure enterrée et, d'autre part, de modifier la cristallinité de la sous-structure par un repositionnement des hétéro-interfaces et des homointerfaces L-H par un effet de rediffusion.
La croissance épitaxiale précitée peut, par exemple, être réalisée au moyen d'une épitaxie du type par jet moléculaire (MBE).
La tranche ou plaquette de départ, pourvue d'un champ arrière (BSF) de bonne qualité cristalline, est soumis à une croissance épitaxiale classique d'un émetteur à deux niveaux de dopage : le plus faible du côté de la jonction P-N et le plus élevé du côté de la face avant, ces deux régions de niveaux de dopage différents étant séparées par une sous-structure ou couche enterrée très mince et très fortement dopée (densité de dopage environ cent fois plus élevée que celle de l'émetteur - dopage au niveau de la sous-structure).
En vue de conférer à la couche très mince précitée des propriétés optiques permettant l'absorption infrarouge, il y a lieu de procéder à une implantation d'ions d'hydrogène ou d'un agent neutre similaire, suivi du traitement thermique précité.
Le traitement thermique mentionné à plusieurs reprises ci-dessus consiste avantageusement en un recuit classique, connu par l'homme du métier sous la désignation CTA ("Classical Thermal Annealing"), effectué en continu ou par paliers successifs ou consécutifs séparés par des intervalles d'observations, à une température inférieure à 500 C environ, suivi éventuellement d'un recuit rapide, connu par l'homme du métier sous la désignation RTA ("Rapid Thermal
Annealing"), à une température comprise entre 500 C et 12000 C, préférentiellement située autour de 1000" C environ, de la zone superficielle uniquement, produisant une planéification et une formation cristalline et électrique définitive des interfaces de la substructure plane, aboutissant à la formation, d'une part, de deux homo-interfaces L-H planes, graduelles ou abruptes, situées au niveau des limites de la substructure après l'opération de dopage par épitaxie ou implantation et, d'autre part, de deux hétéro-interfaces planes délimitant la sousstructure après la modification cristalline due au recuit.
Annealing"), à une température comprise entre 500 C et 12000 C, préférentiellement située autour de 1000" C environ, de la zone superficielle uniquement, produisant une planéification et une formation cristalline et électrique définitive des interfaces de la substructure plane, aboutissant à la formation, d'une part, de deux homo-interfaces L-H planes, graduelles ou abruptes, situées au niveau des limites de la substructure après l'opération de dopage par épitaxie ou implantation et, d'autre part, de deux hétéro-interfaces planes délimitant la sousstructure après la modification cristalline due au recuit.
La durée du recuit classique est avantageusement comprise, en fonction de la qualité du matériau et des dimensions de la tranche, plaquette ou région de puce, dans un intervalle de temps d'environ 1 à 30 minutes (en fonction des traitements ou étapes thermiques consécutives éventuelles), l'instant précis de l'arrêt dudit traitement thermique étant déterminé par la vérification de l'absorption d'un rayonnement lumineux d'une longueur d'onde donnée ou d'une plage de longueurs d'ondes données, particulièrement dans le domaine du rouge et du proche infrarouge, ce qui permet de contrôler très précisément l'activation de la faculté d'absorption infrarouge de la sous-structure et éventuellement d'optimiser cette dernière qualitativement ou quantitativement.
Le recuit classique peut être effectué dans un four adapté et affecte généralement l'ensemble du volume de la tranche, plaquette ou région de puce, alors que le recuit rapide, qui n'affecte qu'une zone superficielle de ces dernières, peut être réalisé par des lampes halogènes, un faisceau laser, un faisceau d'électrons ou analogue et est suivi d'une opération de trempe.
Conformément à une caractéristique de l'invention, le traitement thermique précité est avantageusement suivi d'une passivation basse température de la face avant de la tranche, plaquette ou région de puce destinée à être exposée au rayonnement lumineux, notamment en mettant en oeuvre une déposition chimique en phase gazeuse améliorée par plasma basse température (PECVD), telle que l'on notamment décrite C. Leguijt et al. (7th International Photovoltaic
Science and Engineering Conference, Nagoya, Japan, November 22-26, 1993), ou un solvant organique pour éviter au maximum tout risque de détérioration ou de destruction de la sous-structure.
Science and Engineering Conference, Nagoya, Japan, November 22-26, 1993), ou un solvant organique pour éviter au maximum tout risque de détérioration ou de destruction de la sous-structure.
Cette opération de passivation de la face avant superficielle de l'émetteur entraîne une réduction de la vitesse de recombinaison dans la zone passivée et permet, en conjugaison avec la création de la barrière de potentiel au niveau de la sous-structure résultant de l'insertion des interfaces L-H, à la tranche, plaquette ou région de puce de présenter un confinement effectif des porteurs minoritaires dans la couche d'émetteur située entre la face avant et la sousstructure.
ll se forme ainsi un réservoir de porteurs minoritaires d'épaisseur optimisée, en fonction notamment du dopage initial, comprise entre 50 et 700 mm environ, selon la profondeur à laquelle est disposée la sous-structure par rapport à la face avant.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, et en vue de rallonger le chemin optique des rayonnements photoniques pouvant être absorbés par ladite sous-structure afin d'augmenter leur probabilité d'absorption par cette dernière et donc l'efficacité de la photogénération de paires électron-trou (rendement quantique intrinsèque), il peut être prévue de réaliser un confinement optique dans l'épaisseur de ladite tranche, plaquette ou région de puce, notamment pour le rayonnement lumineux rouge et l'infrarouge.
Ainsi, le confinement optique au niveau de la sous-structure, dû à un changement de l'indice de réfraction au niveau des hétéro-interfaces marquant les limites entre la structure monocristalline de l'émetteur et la structure cristalline modifiée ou amorphe, est complété par un confinement optique au niveau des interfaces extérieures (surfaces des faces avant et arrière de la tranche, plaquette ou région de puce), un traitement de la face arrière n'étant nécessaire que lorsque celle-ci ne présente pas une surface de contact électrique continue recouvrant celle-ci, formant surface réfléchissante.
L'addition de telles propriétés de confinement optique à une tranche, plaquette ou zone de puce, sont notamment décrites dans les publications : E.
Yablonovitch, G.D. Cody, WEE Trans. Electron. Dev. ED-29 (1982) 300 et M.k
Green, "High Efficiency Silicon Solar Cells", Trans. Tech. Publications, 1987 et
B.L. Sopori et T. Marschall, "23rd WEE Phot. Spec. Conf.", 10-14 May, 1993, p.
Green, "High Efficiency Silicon Solar Cells", Trans. Tech. Publications, 1987 et
B.L. Sopori et T. Marschall, "23rd WEE Phot. Spec. Conf.", 10-14 May, 1993, p.
127-132.
Selon une caractéristique de l'invention, le matériau de silicium de départ, formant la tranche, plaquette ou région de puce qui sera implanté d'impuretés dopantes ou qui servira de substrat pour une éventuelle croissance épitaxiale de l'émetteur, consiste en du silicium monocristallin ou polycristailin, avec une concentration d'impuretés dopantes comprise entre 5 x 1014 cm-3 et 5 x 1017 cm-3, ledit matériau ne comportant pas d'impuretés involontaires pouvant être activées par l'énergie d'implantation et le traitement thermique et présentant des propriétés d'autoguérison de sa structure cristalline durant l'implantation et de guérison de sa structure cristalline par recuit classique à basse température, inférieure à 500 C.
La structure finale de la tranche, plaquette ou région de puce est du type émetteur/base/région de champ arrière avec soit, pour un dopage initial p, des dopages respectifs n+/p/p+, les impuretés dopantes implantées étant choisies dans le groupe formé par le phosphore, l'antimoine et l'arsenic, soit, pour un dopage initial n, des dopages respectifs p+/n/n+, les impuretés dopantes étant choisies dans le groupe formé par l'aluminium, le bore, le gallium et l'indium.
Le champ arrière présente avantageusement un gradient de dopage le plus abrupt possible pour limiter l'épaisseur de la zone de transition et surtout le niveau de dopage p+ (ou n+ selon le cas), de telle manière que la vitesse de recombinaison superficielle de la face arrière puisse être aisément contrôlée.
De même, la face arrière peut faire l'objet d'une passivation, à basse température, notamment lorsque les zones ou points de contact électrique ne sont pas continus (contact sous forme d'un revêtement métallique continu) et se présentent par exemple sous la forme d'une grille.
Conformément à un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'émetteur de ladite tranche, plaquette ou région de puce présente une épaisseur inférieure à 1 llm et la jonction P-N et la jonction L-H formant le champ arrière présentent une profondeur inférieure à 1 llm.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'épaisseur finale est inférieure à 1 llm et la jonction P-N et la jonction L-H formant le champ arrière présentent une profondeur inférieure à 1 pin. De même, l'épaisseur de la sous-structure est comprise entre 20 et 100 nm, ladite sous-structure étant située à une distance comprise entre 50 et 700 mm de la face avant de la tranche, plaquette ou région de puce et présentant une forte conductivité sélective de porteurs majoritaires grâce à son dopage très élevé, supérieur notamment à environ 1019 cm-3, préférentiellement cent fois supérieur au dopage de l'émetteur qui combiné à sa très faible épaisseur rend ladite sous-structure totalement transparente pour lesdits porteurs majoritaires.
En fonction du type de cellules solaires ou photopiles envisagé, à savoir épaisse ou mince, la tranche ou plaquette de silicium peut présenter, soit une épaisseur totale
Dans un échantillon (plaquette) en silicium monocristallin dopé avec des ions bores (concentration cm-3), il a été procédé à une implantation d'ions d'hydrogène (champ: 160 KeV, dose : 3 x 1016 cl~2, sans contrôle de conditions du substrat), suivi d'un traitement thermique tel que mentionné ci-dessus, de manière à former une sous-structure fixe enterrée dans la couche formant l'émetteur et formée de silicium fortement modifié, constituant une interface complexe du fait de la très forte densité d'impuretés présentes (figure 2).
En fait, le traitement thermique provoque un effet de guérison autour de la sous-structure ou couche enterrée de défauts, coïncidant avec une concentration très élevée d'impuretés dans la région située à l'intérieur de ladite sous-structure.
La diffusion d'impuretés a été obtenue par un recuit classique et rapide combiné de l'échantillon et a permis la formation d'un pic de dopage à une profondeur de 1,09 Hm.
Les figures 3 et 4 montrent, à titre d'illustrations, les profils des impuretés dopantes résultants mesurés au moyen de deux méthodes de mesure complémentaires à savoir, d'une part, la méthode dite SIMS (figure 3) et d'autre part, la méthode de résistance répartie (figure 4), ce à travers une cavité.
La figure 3 montre nettement un pic de dopage indiquant l'existence et la situation de la sous-structure et il ressort de la figure 4 qu'en dessous de la limite de solvabilité du bore sans le silicium toutes les impuretés dans un tel pic sont ionisées.
En réalité, la concentration locale d'impuretés actives dans la sousstructure continue est nettement plus élevée que la valeur maximale indiquée dans les figures 3 et 4, le mode de détermination par intégration des deux méthodes précitées ne permettant pas d'aboutir à une résolution suffisante pour la mettre en évidence.
La courbe en pointillés sur la figure 3 indique approximativement la forme d'un tel pic de dopage.
Les impuretés actives électriquement sont serrées entre deux interfaces L-H relativement abruptes et entraînent une croissance locale de la conductivité dans la sous-structure continue, qui a pu être observée expérimentalement.
Les interfaces L-H précitées créent un champ électrique intrinsèque aux extrémités de la sous-structure. Lorsque le champs précité est suffisamment intense le parcours moyen des paires de porteurs photogénérés par absorption infrarouge est égal au quart seulement de l'épaisseur de ladite sous-structure. le temps de transit est ainsi réduit, la durée de vie effective desdits porteurs augmente et leur extraction de ladite sous-couche est plus effective.
En outre, il a pu être constaté que pour une cellule photovoltaïque, possédant des propriétés d'absorption infrarouge, au moyen d'une sous-structure nanométrique continue fortement dopée (dopage) telle que décrite ci-dessus,
I'adjonction supplémentaire d'un champ intrinsèque généré par les deux homointerfaces L-H permet de diminuer d'un ordre de grandeur au moins les valeurs du courant de saturation (donc les caractéristiques d'obscurité du type des cellules solaires HLE - F.A. Lindholm et al., Xffith IEEE Photovoltaïc Specialists
Conference, June 5-8, 1978, Washington DC, USA, p. 1300-1305), la tension Voc étant en outre pratiquement indépendante de la position de la sous-structure dans l'émetteur.
I'adjonction supplémentaire d'un champ intrinsèque généré par les deux homointerfaces L-H permet de diminuer d'un ordre de grandeur au moins les valeurs du courant de saturation (donc les caractéristiques d'obscurité du type des cellules solaires HLE - F.A. Lindholm et al., Xffith IEEE Photovoltaïc Specialists
Conference, June 5-8, 1978, Washington DC, USA, p. 1300-1305), la tension Voc étant en outre pratiquement indépendante de la position de la sous-structure dans l'émetteur.
Par ailleurs, la sous-structure continue de matériau modifié crée une seconde barrière de potentiel (en plus de la jonction P-N) qui a la faculté d'accroître la tension en circuit ouvert par une augmentation des concentrations des porteurs photogénérés.
Selon un second exemple pratique de réalisation de l'invention, une sous-structure absorbante infrarouge a été formé simultanément avec l'émetteur (profil de dopage) en implantant des ions phosphore avec un champ de 180 KeV dans un substrat de silicium monocristallin dopé P, puis en appliquant un traitement thermique du type mentionné ci-dessus.
Le procédé précité a permis la formation, d'une part, d'une sousstructure continue fortement dopée, d'une épaisseur de 70 nm et située à une profondeur de 97,5 nm de la surface de la face avant de l'échantillon, et, d'autre part, d'une jonction P-N à une profondeur de 0,5 llm.
La couche d'émetteur comprise entre la face avant et le plan limite (interface cristalline) le plus proche de la sous-structure retrouve, après traitement thermique, sa structure monocristalline, par guérison des défauts créés durant l'implantation, et constitue la zone active d'absorption et de photoconversion du rayonnement lumineux de longueurs d'ondes courtes.
La figure S des dessins annexés montre la composition structurelle de l'émetteur ainsi formé, permettant de relever l'interface complexe constitué par la sous-structure à fort dopage dont les impuretés sont pratiquement toutes ionisées.
Le profil de dopage (profil atomique d'impuretés) et le profil de dopage actif ont été mesurés respectivement par les méthodes de SIMS et de "spreading resistance" (figure 6) sur un échantillon implanté comme précédemment, mais en mode canalisation, ce qui autorise une meilleure visualisation de l'effet d'activation des impuretés en fonction de l'occupation de sites substitutionnels et interstitiels par les atomes de phosphore. A titre de repères, on a représenté également la sous-structure modifiée/amorphisée et la jonction P-N. On voit que l'effet de canalisation est très bien visualisé dans les résultats obtenus par la méthode dite de "spreading resistance". Une petite fraction d'impuretés non activées semble se manifester au dessous de la sous-structure à une profondeur de 300 nm et elles semblent occuper les sites substitutionnels (voir figure 8).
La figure 7 représente, à titre comparatif, les répartitions/ distributions : théorique d'implantation aléatoire de phosphore (1), eurimentale des porteurs libres par implantation canalisation (2- profil de spreading resistance) et théorique des porteurs libres autour d'une homo-interface L-H abrupte (3), lesdites interfaces L-H (avant et arrière) ayant été positionnées à partir du point de flexion correspondant à la concentration nmo des courbes de répartition des porteurs libres.
La figure 8 représente, à titre comparatif, les répartitions/ distributions dans un échantillon implanté phosphore, par canalisation : profil expérimental par la méthode dite SIMS (1), deux profils expérimentaux d'impuretés actives par la méthode spreading résistance et profil théorique d'implantation aléatoire du phosphore (3).
Cette figure montre également l'évolution de la sous-structure durant le traitement thermique (amincissement de la zone compnse entre les traits verticaux interrompus / pour donner la zone compnse entre les traits verticaux pleins).
fl a également été procédé à des mesures des propriétés optiques (réflexion, transmission, absorption) sur les échantillons obtenus au moyen du procédé précité et pourvu d'une sous-structure absorbante formée par implantation d'ions phosphore et traitement thermique.
La figure 9 montre la distribution spectrale de l'absorption optique (absorption sous-gap en fonction de la longueur d'onde) mesurée par spectroscopie par déflection photothermique (PDS) sur un échantillon obtenu conformément au procédé de l'invention, c'est-à-dire avec sous-structure fortement dopée et champ arrière (C1), et sur un échantillon de silicium monocristallin (C2).
Cette figure montre clairement l'élargissement du specre d'absorption optique pour l'émetteur comprenant la sous-structure conforme à l'invention, ce jusqu'à une longueur d'onde X = 2500 nm à un niveau relativement constant de = 102 cm-l.
Les mesures d'absorption ont été complétées par des mesures de transmission et de réflexion effectuées sur les mêmes échantillons pour des longueurs d'onde k telles que 800 nm < 3200 nm.
La figure 10A montre la très nette différence de transmission qui, à partir d'environ 1 200 nm, va en augmentant vers les grandes longueurs d'onde, en faveur de l'émetteur obtenu selon le procédé conforme à l'invention.
ll a également été trouvé que l'émetteur comprenant une sousstructure modifié absorbante présente une réflexion différente de celle de l'échantillon en silicium monocristallin (voir figure 10B).
Dans une première plage spectrale (840 < X < 1160 nm), l'échantillon avec la sous-structure réfléchit plus, alors que dans une seconde plage spectrale (1160 < X < 1960 nm), il réfléchit moins.
La réflexion est non linéaire en fonction de la longueur d'onde et la différence entre les deux valeurs extrêmes de la réflexion est de 12 %, ce qui est environ dix fois supérieur à celle de l'échantillon de référence en silicium monocristallin.
La plus faible réflexion dans la plage de longueurs d'onde élevées peut s'expliquer aisément par une absorption importante de ces rayonnements par la sous-structure.
ll a également été procédé à des mesures de photocourant effectuées sur un dispositif photovoltaïque conforme à l'invention avec une sous-structure très mince (d = 70 nm) présentant deux hétéro-interfaces L-H et deux homointerfaces L-H au niveau de ses limites (sans confinement optique). Deux facteurs géométriques caractérisent dans ce cas le dispositif photovoltaïque précité 6 dopage et à champ arrière : une zone structurelle plus étroite (d = 70 nm) de matériau semi-conducteur modifié et une zone électrique plus étendue (d = 150 nm) à densité de dopage élevée.
Un tel dispositif photovoltaïque selon l'invention permet d'observer les évolutions du photocourant en comparaison avec une cellule de référence classique à champ arrière (de 250 ptm) présentant un bon rendement d'environ 16 %.
Les figures 11A et 11B montrent les photocourants correspondant notamment à l'absorption infrarouge mesurées simultanément pour le dispositif (C1) et la cellule (Référence) précités.
On peut observer sur ces figures que la différence d'absorption et de génération de photocourant est très nettement visible pour X < 1830 nm dans le cas d'une lampe monochromatique avec un spectre plus étroit et pour X < 1890 nm dans le cas d'une lampe monochromatique avec un spectre élargie. Les plages de photocourant infrarouge caractéristiques correspondent à celles détectées lors de mesures du spectre des lampes utilisées. La baisse sensible du photocourant vers les grandes longueurs d'onde n'est pas dûe à une absorption inférieure du dispositif selon l'invention, mais à une baisse notable voire une annulation de l'énergie fournie par ces lampes pour ces longueurs d'onde.
L'invention a également pour objet une tranche ou plaquette de matériau photovoltaïque pouvant absorber, en plus du rayonnement photonique fondamental du silicium, les rayonnements rouge et infrarouge, consistant essentiellement en du silicium monocristallin et comprenant une couche formant émetteur au niveau de sa face avant ou destinée à être exposée, une structure de champ arrière au niveau de sa face non exposée et une jonction P-N dans l'épaisseur de ladite tranche ou plaquette caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une sous-structure continue et fortement dopée de silicium amorphisé ou modifié, enterrée dans l'épaisseur de l'émetteur et de très faible épaisseur, ladite sous-structure présentant une résistivité inférieure à celle du matériau de départ et étant délimitée par des interfaces cristallines et électriques planes, notamment par deux hétéro-interfaces cristallines planes et deux homo-interfaces L-H, confondues ou non avec les hétéro-interfaces et correspondant aux limites de la sous-structure après implantation des impuretés dopantes et avant recuit formateur, ladite sous-structure étant, en outre, pourvue de champs électriques intrinsèques opposés formés au niveau de chaque homo-interface L-H favorisant l'extraction des porteurs minoritaires photogénérés dans ladite sous-structure.
En ce qui concerne le positionnement relatif des homo-interfaces L
H et des hétéro-interfaces cristallines délimitant la sous-structure, différentes configurations sont possibles à savoir:
- les homo-interfaces L-H sont confondues avec les hétéro-interfaces, au niveau des limites de la sous-structure,
- les homo-interfaces L-H sont situées à l'intérieur de la sousstructure définie par les hétéro-interfaces après recuit, ou encadrent cette dernière entre-elles en étant situées de part et d'autre de celle-ci,
- un des couples homo-interface L-Hlhétéro-interfaces est confondu et l'autre couple homo-interface L-H/hétéro-interface est séparé ou distinct,
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'émetteur présente une épaisseur inférieure à 1 pm et la jonction P-N et la jonction L-H formant le champ arrière présentent une profondeur inférieure à 1 pm.
H et des hétéro-interfaces cristallines délimitant la sous-structure, différentes configurations sont possibles à savoir:
- les homo-interfaces L-H sont confondues avec les hétéro-interfaces, au niveau des limites de la sous-structure,
- les homo-interfaces L-H sont situées à l'intérieur de la sousstructure définie par les hétéro-interfaces après recuit, ou encadrent cette dernière entre-elles en étant situées de part et d'autre de celle-ci,
- un des couples homo-interface L-Hlhétéro-interfaces est confondu et l'autre couple homo-interface L-H/hétéro-interface est séparé ou distinct,
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'émetteur présente une épaisseur inférieure à 1 pm et la jonction P-N et la jonction L-H formant le champ arrière présentent une profondeur inférieure à 1 pm.
De même, l'épaisseur de la sous-structure est avantageusement comprise entre 20 et 100 nm, ladite sous-structure étant située à une distance comprise entre 50 et 700 mm de la face avant de la tranche, plaquette ou région de puce et présentant une forte conductivité sélective de porteurs majoritaires grâce à son dopage très élevé, supérieur notamment à environ 1019cl~3, préférentiellement environ cent fois supérieur au moins à celle de l'émetteur.
Selon une caractéristique de l'invention, la tranche ou plaquette présente un confinement effectif des porteurs minoritaires dans la couche d'émetteur située entre la face avant et la sous-structure, grâce à une passivation basse température de ladite face avant et à la création d'une barrière de potentiel au niveau de la sous-structure résultant de l'insertion des interfaces formant ainsi un réservoir de porteurs minoritaires d'épaisseur optimisée, en fonction notamment du dopage initial, comprise entre 50 et 700 mm environ.
En fonction du type de cellules désiré, à savoir mince ou épaisse, la tranche ou plaquette pourra présenter soit une épaisseur totale comprise entre environ 120 ,um et environ 300 llm, soit une épaisseur comprise entre 3 pin et 50 pm et être contrecollée sur un support rigide, par exemple sur une plaque mince en acier inoxydable.
En vue d'expliquer les différentes propriétés avantageuses conférées, en terme de transport électronique, par la sous-structure formant interface complexe décrite ci-dessus ainsi que les paramètres importants de cette dernière, il sera à présent fait référence notamment aux figures 12 à 18 des dessins annexés.
L'action bénéfique de l'interface complexe sur le transport électrique se traduit tout d'abord par un champ électrique intrinsèque.
A cet effet, on peut comparer la distribution de ce dernier à celle du champ d'une jonction P-N graduelle (figure 12) et étudier la distribution du potentiel électrique (figure 13) dans un émetteur comprenant une sous-structure conforme à l'invention, pour une cellule à champ arrière et pour des durées de vie différentes dans la sous-structure (courbe 1:100 et 10-2 ps, courbe 2: 10-6 lls).
Le champ électrique de l'interface complexe L-H maintient les porteurs minoritaires éloignés de la zone de recombinaison, une concentration effective plus faible des minoritaires impliquant alors une probabilité de recombinaison plus faible (BSF et HLE).
On peut également constater une amélioration de la durée de vie effective des porteurs photogénérés dans la sous-structure décrite ci-dessus résultant du champ électrique intrinsèque des interfaces L-H. ll en résulte une augmentation du nombre total de paires électrons-trous pouvant participer à la photoconduction, ce qui se traduit par une amélioration du courant de court-circuit ISC nonobstant la présence de centres de recombinaison supplémentaires, notamment dans la sous-structure.
A l'extérieur de la sous-structure fortement dopée, c'est-à-dire la couche d'accumulation, plusieurs fractions de porteurs majoritaires confinés présentent plus ou moins de micro-mouvements bidimensionnels et la section transversale des centres de recombinaison change à proximité des interfaces L-E
En outre, la barrière de potentiel L-H agit de manière sélective sur les porteurs minoritaires dans le volume (à l'identique de la jonction P-N mais dans une direction opposée), lesdits porteurs étant ainsi tenus éloignés des centres de recombinaison de la sous-structure du fait de l'écran formé par lesdites barrières de potentiel, ce qui permet de conserver de bons paramètres volumiques de la cellule à champ arrière.
En outre, la barrière de potentiel L-H agit de manière sélective sur les porteurs minoritaires dans le volume (à l'identique de la jonction P-N mais dans une direction opposée), lesdits porteurs étant ainsi tenus éloignés des centres de recombinaison de la sous-structure du fait de l'écran formé par lesdites barrières de potentiel, ce qui permet de conserver de bons paramètres volumiques de la cellule à champ arrière.
Toutefois, la concentration effective de minoritaires entre la jonction
P-N et la sous-structure peut être plus faible par effet HLE (voir ci-desus) en comparaison avec une cellule uniquement à champ arrière classique (sans sousstructure, ni HLE) réduisant ainsi le courant de saturation d'obscurité b et augmentant, de manière avantageuse, la tension en circuit ouvert Voc.
P-N et la sous-structure peut être plus faible par effet HLE (voir ci-desus) en comparaison avec une cellule uniquement à champ arrière classique (sans sousstructure, ni HLE) réduisant ainsi le courant de saturation d'obscurité b et augmentant, de manière avantageuse, la tension en circuit ouvert Voc.
ll résulte de ce qui précède que le matériau photovoltaïque conforme à l'invention présente simultanément une augmentation notable du photocourant et du potentiel photoexcité, par rapport au matériau actif utilisé dans les cellules actuelles.
Parmi les facteurs géométriques importants, il convient de mentionner la distance jonction P-N/sous-structure et l'épaisseur de ladite sousstructure, qui doit être suffisament faible pour permettre de conserver un champ relativement important dans toute son épaisseur.
Les figures 14 et 15 montrent respectivement, à titre comparatif, différentes composantes d'électrons (figure 14) et de trous (figure 15) du courant total dans trois émetteurs différents dotés chacun d'une sous-structure mince fortement dopée conforme à l'invention en fonction de la position de cette dernière par rapport à la face avant, le seul paramètre qui diffère entre les trois courbes étant l'épaisseur de la sous-structure (courbe 1:160 nm, courbe 2 : 80 nm, courbe 3 : 40 nm).
Les figures 16 et 17 montrent respectivement, à titre comparatif, deux composantes d'électrons (figure 16) et de trous (figure 17) du courant total dans deux émetteurs dotés chacun d'une sous-structure d'épaisseur 160 nm, en fonction de la position par rapport à la face avant, le seul paramètre différant entre les deux courbes étant la durée de vie effective dans la sous-structure (courbe 1 10-6 ps, courbe 2: 100 pus).
La barrière de potentiel de l'interface complexe ne constitue pas seulement un écran pour les porteurs à l'équilibre mais également les porteurs photogénérés dans la zone frontale de l'émetteur située entre la sous-structure et la face avant.
Ainsi, la concentration de porteurs en régime permanent sous illumination au niveau du côté frontal de l'émetteur permet la formation d'un réservoir de porteurs (voir figure 18 - sous-structure avec Dopage: 1020 cm-3, profondeur: 0,5 nm et épaisseur: 40 nm).
Or, il est connu que dans un semi-conducteur non dégénéré, la tension de circuit ouvert est fonction de la concentration de porteurs, une concentration plus importante de porteurs réduisant la production d'entropies du gaz d'électrons par photons et entraîne par conséquent, de manière avantageuse, une augmentation de la tension en circuit ouvert.
Par ailleurs, une transformation importante des propriétés de transport électronique a lieu dans l'émetteur pourvu d'une sous-structure du type précité, dépendant de plusieurs facteurs géométriques dont notamment l'épaisseur de la sous-structure.
Ainsi, les figures 14 et 15 montrent une évolution des composantes de la densité du photocourant. Dans la zone frontale de l'émetteur, le transport change de nature en passant d'une conduction par diffusion de minoritaires à une conduction par apport de majoritaires. Les porteurs minoritaires bloqués dans leur mouvement vers la jonction P-N forment une bosse de concentration (provenant des distributions d'équilibre et de régime permanent) près du bord de la sousstructure (voir figure 16).
En plus de ce qui précède, il a été constaté qu'une tranche ou plaquette de silicium monocristallin traité selon le procédé conforme à l'invention, de manière à former un dispositif photovoltaïque avec dopage et champ arrière tel que décrit précédemment, présentait également une meilleure absorption dans le domaine du visible et une meilleure photogénération dans ces longueurs d'onde, par rapport à une cellule solaire classique à champ arrière de bonne qualité et d'un rendement d'environ 16 % (voir figure 19A et l9B).
Sur la figure 19A des dessins annexés, la courbe C1 correspond à un dispositif photovoltaïque obtenu par le procédé selon l'invention alors que la courbe C2 correspond à la cellule de référence.
Cette amélioration de la photogénération pour un dispositif photovoltaïque selon l'invention peut également s'expliquer par les actions combinées du dopage élevé de la sous-structure (6dopage), du champ électrique intrinsèque et de la formation d'un réservoir de porteurs minoritaires dans la couche superficielle de l'émetteur.
Enfin, l'invention a également pour objet une cellule photovoltaïque ou photopile qui comporte en tant que matériau actif une portion de tranche, une tranche ou une plaquette de matériau photovoltaïque tel que décrit ci-dessus et obtenu au moyen du procédé de fabrication décrit ci-dessus, la face avant ou exposée au moins de ladite portion de tranche, tranche ou plaquette étant conformée et/ou recouverte d'une couche d'un matériau déterminé de manière à constituer un confinement optique, notamment pour le rayonnement infrarouge, dans l'épaisseur dudit matériau actif, donc entre les faces avant et arrière de ladite cellule.
Outre, le matériau actif précité, ladite photopile comprendra différents autres revêtements et couches et fera l'objet de traitements supplémentaires, non décrits dans la présente, mais qui sont connus de l'homme du métier.
A titre d'illustration, la figure 1 représente la constitution d'un exemple de réalisation de cellule solaire à très haut rendement comprenant une sous-structure modifiée absorbant l'infrarouge enterrée dans l'émetteur. Sur cette figure, on peut repérer, outre les régions correspondants à l'émetteur, la base, la région de champ arrière, la jonction P-N et la sous-structure, les différentes couches ou zones d'interfaces formant une telle cellule solaire fonctionnelle:
* revêtement ou couche antiréflexion frontale (activité optique limitation de la réflexion en surface)
- 1: surface frontale de la cellule (face exposée) - limite supérieure de la couche de revêtement antiréflexion:
- entre 1 et 2 : revêtement antiréflexion.
* revêtement ou couche antiréflexion frontale (activité optique limitation de la réflexion en surface)
- 1: surface frontale de la cellule (face exposée) - limite supérieure de la couche de revêtement antiréflexion:
- entre 1 et 2 : revêtement antiréflexion.
* couche de passivation frontale (activité électronique - limitation du taux de recombinaison de la surface frontale ou de la face exposée ou avant)
- 2 : interface frontale entre le revêtement antiréflexion et la couche de passivation;
- entre 2 et 3 : couche de passivation frontale;
- 4 : interface de la zone de contact frontale métal / semi-conducteur; recombinaison locale utile de porteurs libres;
- 3 : interface frontale entre les couches monocristalline et de passivation ; recombinaison locale inutile de porteurs libres.
- 2 : interface frontale entre le revêtement antiréflexion et la couche de passivation;
- entre 2 et 3 : couche de passivation frontale;
- 4 : interface de la zone de contact frontale métal / semi-conducteur; recombinaison locale utile de porteurs libres;
- 3 : interface frontale entre les couches monocristalline et de passivation ; recombinaison locale inutile de porteurs libres.
* émetteur (activités optique et électronique - conversion de la lumière à courtes longueurs d'onde, réservoir de porteurs en excès, transport électronique)
- entre 3 et S : zone optiquement active ; région monocristalline d'absorption de la lumière solaire à longueurs d'onde courtes ; zone de photogénération la plus efficace;
- S : limite arrière de l'absorption de la lumière solaire de courte longueur d'onde dans l'émetteur;
- entre 3, 5 et 6 : réservoir de porteurs minoritaires composé de deux sous-régions distinctes: conversion photon / photoporteur et transport électronique des porteurs en excès.
- entre 3 et S : zone optiquement active ; région monocristalline d'absorption de la lumière solaire à longueurs d'onde courtes ; zone de photogénération la plus efficace;
- S : limite arrière de l'absorption de la lumière solaire de courte longueur d'onde dans l'émetteur;
- entre 3, 5 et 6 : réservoir de porteurs minoritaires composé de deux sous-régions distinctes: conversion photon / photoporteur et transport électronique des porteurs en excès.
* sous-structure (activités optique et électronique, conversion de la lumière de grandes longueurs d'onde, confinement optique, préservation de porteurs minoritaires, création d'une barrière de potentiel, transport électronique)
- 6 : limite frontale de la couche d'accumulation L-H supérieure;
- entre 6 et 7 : couche d'accumulation supérieure à faible profondeur, bidimensionalisation du micromouvement des porteurs majoritaires;
- 7 : interface L-H frontale ; limite électrique de la sous-structure;
- entre 7 et 8 : extension électrique frontale de la sous-structure structure monocristalline;
- en 8 : interface frontale de la sous-structure ; limite structurelle ou hétéro-interface
- entre 8 et 9: zone optiquement active ; région à cristallinité modifiée, le cas échéant amorphe, pour l'absorption des rayonnements de grandes longueurs d'onde du rayonnement solaire ; absorption sous-gap additionelle des rayonnements rouge et infrarouge, associée à une évacuation instantanée des porteurs minoritaires photogénérés;
- 9 : interface arrière de la sous-structure ; limite structurelle ou hétéro-interface;
- entre 9 et 10 : extension électrique arrière de la sous-structure structure monocristalline;
- 10 : interface L-H arrière ; limite électrique de la sous-structure;
- entre 10 et 11: couche d'accumulation profonde ; bidimensionali- sation du micromouvement des porteurs majoritaires;
- 11: limite arrière de la couche profonde d'accumulation I=H;
- 6, 7, 8, 9, 10 et 11: sous-structure absorbante.
- 6 : limite frontale de la couche d'accumulation L-H supérieure;
- entre 6 et 7 : couche d'accumulation supérieure à faible profondeur, bidimensionalisation du micromouvement des porteurs majoritaires;
- 7 : interface L-H frontale ; limite électrique de la sous-structure;
- entre 7 et 8 : extension électrique frontale de la sous-structure structure monocristalline;
- en 8 : interface frontale de la sous-structure ; limite structurelle ou hétéro-interface
- entre 8 et 9: zone optiquement active ; région à cristallinité modifiée, le cas échéant amorphe, pour l'absorption des rayonnements de grandes longueurs d'onde du rayonnement solaire ; absorption sous-gap additionelle des rayonnements rouge et infrarouge, associée à une évacuation instantanée des porteurs minoritaires photogénérés;
- 9 : interface arrière de la sous-structure ; limite structurelle ou hétéro-interface;
- entre 9 et 10 : extension électrique arrière de la sous-structure structure monocristalline;
- 10 : interface L-H arrière ; limite électrique de la sous-structure;
- entre 10 et 11: couche d'accumulation profonde ; bidimensionali- sation du micromouvement des porteurs majoritaires;
- 11: limite arrière de la couche profonde d'accumulation I=H;
- 6, 7, 8, 9, 10 et 11: sous-structure absorbante.
* jonction P-N (activités optique et électronique - collection des photoporteurs minoritaires en excès, création d'une barrière de potentiel, transport électronique)
- 12 : limite des distributions P-N non linéaires à l'intérieur de l'émetteur;
- entre 12 et 13 : charge volumique P-N avec une distribution des porteurs libres dans l'émetteur;
- 13 : limite frontale de la charge volumique P-N;
- entre 13 et 14 : couche de la charge volumique des donneurs avec une concentration de porteurs libres négligeable;
- 14: interface P-N;
- entre 14 et 15 : couche de charge volumique des accepteurs avec une concentration de porteurs libres négligeable;
- 15 : limite arrière de la charge volumique P-N;
- entre 15 et 16 : charge volumique P-N avec une distribution de porteurs libres dans la base;
- 16 : limite des distributions P-N non-linéaires dans la base.
- 12 : limite des distributions P-N non linéaires à l'intérieur de l'émetteur;
- entre 12 et 13 : charge volumique P-N avec une distribution des porteurs libres dans l'émetteur;
- 13 : limite frontale de la charge volumique P-N;
- entre 13 et 14 : couche de la charge volumique des donneurs avec une concentration de porteurs libres négligeable;
- 14: interface P-N;
- entre 14 et 15 : couche de charge volumique des accepteurs avec une concentration de porteurs libres négligeable;
- 15 : limite arrière de la charge volumique P-N;
- entre 15 et 16 : charge volumique P-N avec une distribution de porteurs libres dans la base;
- 16 : limite des distributions P-N non-linéaires dans la base.
* base (activité électronique - transport des photoporteurs minoritaires en excès)
- entre 16 et 17 : couche formant la base ; maximalisation de la durée de vie des porteurs minoritaires, élimination de l'absorption non photogénératrice de la lumière à grandes longueurs d'onde et de la recombinaison obscure, limitation de la résistance série.
- entre 16 et 17 : couche formant la base ; maximalisation de la durée de vie des porteurs minoritaires, élimination de l'absorption non photogénératrice de la lumière à grandes longueurs d'onde et de la recombinaison obscure, limitation de la résistance série.
* champ de surface arrière (activité électronique - préservation des photoporteurs minoritaires en excès, transport électronique)
- 17 : limite frontale ou avant de la couche d'accumulation du champ arrière (B SF)
- entre 17 et 18 : couche d'accumulation de champ arrière;
- 18 : interface L-H du champ arrière ; bidimensionalisation du micromouvement des porteurs majoritaires;
- entre 18 et 19 : couche de déplétion du champ arrière;
- 19 : limite arrière de la couche de déplétion du champ arrière;
- entre 19 et 20 : région H d'une interface L-H (p+dans une cellule n+/p/p+)
* couche de passivation arrière (activité électronique; limitation du taux de recombinaison de la surface arrière)
- 20: interface arrière entre les couches monocristalline et de passivation; recombinaison locale inutile des porteurs libres;
- 21 : interface de la zone de contact arrière métal/semiconducteur; recombinaison locale utile des porteurs libres
- entre 20 et 22 : couche de passivation arrière.
- 17 : limite frontale ou avant de la couche d'accumulation du champ arrière (B SF)
- entre 17 et 18 : couche d'accumulation de champ arrière;
- 18 : interface L-H du champ arrière ; bidimensionalisation du micromouvement des porteurs majoritaires;
- entre 18 et 19 : couche de déplétion du champ arrière;
- 19 : limite arrière de la couche de déplétion du champ arrière;
- entre 19 et 20 : région H d'une interface L-H (p+dans une cellule n+/p/p+)
* couche de passivation arrière (activité électronique; limitation du taux de recombinaison de la surface arrière)
- 20: interface arrière entre les couches monocristalline et de passivation; recombinaison locale inutile des porteurs libres;
- 21 : interface de la zone de contact arrière métal/semiconducteur; recombinaison locale utile des porteurs libres
- entre 20 et 22 : couche de passivation arrière.
* revêtement ou co
- une amélioration de la réponse spectrale dans le visible;
- une transparence électrique de la sous-structure par rapport au transport électronique;
- une augmentation du courant de court-circuit Fisc;
- la création d'une concentration élevée de porteurs minoritaires (réservoirs de porteurs au niveau de la zone superficielle de l'émetteur par les effets de la passivation et de barrière de potentiel);
- une augmentation de la tension en circuit ouvert Voe.
- une amélioration de la réponse spectrale dans le visible;
- une transparence électrique de la sous-structure par rapport au transport électronique;
- une augmentation du courant de court-circuit Fisc;
- la création d'une concentration élevée de porteurs minoritaires (réservoirs de porteurs au niveau de la zone superficielle de l'émetteur par les effets de la passivation et de barrière de potentiel);
- une augmentation de la tension en circuit ouvert Voe.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou étapes, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (31)
1. Procédé de fabrication d'un matériau ou dispositif photovoltaïque à base de silicium monocristallin pouvant absorber notamment le rayonnement infrarouge, caractérisé en ce qu'il consiste à obtenir une plaquette, une tranche ou une région de puce de silicium monocristallin présentant une longueur de diffusion supérieure au parcours des minoritaires dans la base ou supérieure à l'épaisseur totale de ladite plaquette, tranche ou région de puce, puis à traiter la face arrière de ladite plaquette, tranche ou région de puce, non destinée à être exposée au rayonnement photonique, de manière à créer un champ arrière ainsi que /des zones ou points de contact électrique, à traiter ensuite la face avant de manière à former une couche mince d'émetteur en surface, une jonction P-N de faible profondeur, ainsi qu'une sous-structure continue plane très fortement dopée, enterrée dans l'émetteur, de très faible épaisseur et dotée de plusieurs interfaces cristallines et électriques, notamment de deux interfaces du type UH et de deux hétéro-interfaces cristallines et, enfin, à soumettre ladite tranche, plaquette ou région de puce, notamment la face présentant l'émetteur, à un traitement thermique, à des températures et pendant des durées déterminées, de manière à obtenir dans la couche d'émetteur une hétéro-structure de matériaux différents ou de matériaux de cristallinités différentes, notamment une structure à trois couches du type silicium monocristallin/silicium amorphe ou modifié/silicium monocristallin, coïncidant avec le profil de dopage adopté.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de la face avant consiste à introduire ou à implanter des impuretés dopantes selon un profil déterminé, présentant notamment un pic important de la concentration des impuretés coïncidant avec la sous-structure, le traitement thermique consécutif réalisant une détermination de la géométrie de la sousstructure, une activation des impuretés dopantes et une guérison des défauts d'implantation d'ions d'impuretés dopantes dans l'épaisseur de la tranche, de la plaquette ou de la région de puce, avec un effet limité dans la sous-structure enterrée.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, lors du traitement de la face avant, à réaliser une épitaxie ou une implantation à une profondeur donnée, d'un matériau actif, notamment de Ge, suivie éventuellement d'un traitement thermique et d'une éventuelle épitaxie de silicium destinée à former la face avant superficielle de l'émetteur.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de la face avant consiste à réaliser une croissance épitaxiale de l'émetteur, avec un profil de dopage comprenant notamment une couche continue plane très fortement dopée constituant la sous-structure enterrée dans l'épaisseur de l'émetteur, puis à soumettre ladite face avant à l'implantation d'ions d'un agent neutre tel que, notamment, l'hydrogène, le silicium ou analogue.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste, après l'implantation d'ions d'un agent neutre, à soumettre notamment l'émetteur à un traitement thermique susceptible, d'une part, de réaliser une détermination de la géométrie de la sous-structure, une activation des impuretés dopantes et une guérison des défauts d'implantation d'ions d'agent neutre dans l'épaisseur de la tranche, de la plaquette ou de la région de puce, avec un effet limité dans la sousstructure enterrée et, d'autre part, de modifier la cristallinité de la sous-structure par un repositionnement des hétéro-interfaces et des homo-interfaces L=H par un effet de rediffusion.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le traitement thermique consiste en un recuit classique, continu ou par paliers successifs, à une température inférieure à 500 C environ, suivi éventuellement d'un recuit rapide à une température comprise entre 500 C et 1200 C, préférentiellement située autour de 1000" C environ, de la zone superficielle uniquement, produisant une planéification et une formation cristalline et électrique définitive des interfaces de la substructure plane, aboutissant à la formation, d'une part, de deux homo-interfaces UH planes, graduelles ou abruptes, situées au niveau des limites de la substructure après l'opération de dopage par épitaxie ou implantation et, d'autre part, de deux hétérointerfaces planes délimitant la sous-structure après la modification cristalline due au recuit.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la durée du recuit classique est comprise dans un intervalle de temps d'environ 1 à 30 minutes, en fonction des étapes thermiques consécutives éventuelles, l'instant précis de l'arrêt dudit traitement thermique étant déterminé par la vérification de l'absorption d'un rayonnement lumineux d'une longueur d'onde donnée ou d'une plage de longueurs d'ondes données, particulièrement dans le domaine du rouge et du proche infrarouge.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les homo-interfaces L-H sont confondues, deux à deux, avec les hétéro-interfaces, au niveau des limites de la sous-structure.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les homo-interfaces L-H sont situées à l'intérieur de la sousstructure définie par les hétéro-interfaces après recuit, ou encadrent cette dernière entre-elles en étant situées de part et d'autre de celle-ci.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu un des couples homo-interface L-H/hétéro-interface est confondu et en ce que l'autre couple homo-interface L-H/hétéro-interface est séparé ou distinct.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, après l'opération de traitement thermique, une passivation basse température de la face avant de la tranche, plaquette ou région de puce destinée à être exposée au rayonnement lumineux.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le matériau de silicium de départ consiste en du silicium monocristallin, avec une concentration d'impuretés dopantes comprise entre 5 x 1014 cm-3 et 5 x 1017 cm-3, ledit matériau ne comportant pas d'impuretés pouvant être activées par l'énergie d'implantation et le traitement thermique et présentant des propriétés d'auto guérison de sa structure cristalline durant l'implantation et de guérison de sa structure cristalline par recuit classique à basse température, inférieure à 500 C.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'émetteur présente une épaisseur inférieure à 1 Fm et en ce que la jonction P-N et la jonction L-H formant le champ arrière présentent une profondeur inférieure à 1 Hm.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'épaisseur finale de la sous-structure est comprise entre 20 et 100 nm, ladite sous-structure étant située à une distance comprise entre 50 et 700 mm de la face avant de la tranche, plaquette ou région de puce et présentant une forte conductivité sélective de porteurs majoritaires grâce à son dopage très élevé, supérieur notamment à environ 1019 cl~3, préférentiellement environ cent fois supérieur au dopage de l'émetteur.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 6 à 14, caractérisé en ce que l'énergie d'implantation des impuretés dopantes utilisée est de l'ordre de plusieurs centaines de KeV, notamment supérieure à environ 150
KeV, et en ce que la dose d'implantation utilisée correspond à un courant d'ions de l'ordre de quelques fractions de pA.cm-2, notamment inférieure à 1 Clkcm-
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la structure finale de la tranche ou plaquette, initialement dopée p, est du type émetteur/base/région de champ arrière avec des dopages respectifs n+/p/p+, les impuretés dopantes implantées étant choisies dans le groupe formé par le phosphore, l'antimoine et l'arsenic.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la structure finale de la tranche ou plaquette, initialement dopée n, est du type émetteur/base/région de champ arrière avec des dopages respectifs p+/n/n+, les impuretés dopantes étant choisies dans le groupe formé par l'aluminium, le bore, le gallium et l'indium.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que la tranche ou plaquette de silicium présente une épaisseur totale comprise entre 120 llm et environ 300 pu.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que la tranche ou plaquette de silicium initiale présente une épaisseur comprise entre 3 llm et 50 pm et est contrecollée sur un support rigide, par exemple sur une plaque mince en acier inoxydable.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la tranche, plaquette ou région de puce présente un confinement effectif des porteurs minoritaires dans la couche d'émetteur située entre la face avant et la sous-structure, grâce à une passivation basse température de ladite face avant et à la création d'une barrière de potentiel au niveau de la sousstructure résultant de l'insertion des interfaces formant ainsi un réservoir de porteurs minoritaires d'épaisseur optimisée, en fonction notamment du dopage initial, comprise entre 50 et 700 mm environ.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un traitement supplémentaire au moins de la face avant de la tranche, plaquette ou région de puce, par conformation superficielle et/ou revêtement par une couche d'un matériau déterminé, de manière à réaliser un confinement optique dans l'épaisseur de ladite tranche, plaquette ou région de puce, notamment pour le rayonnement lumineux rouge et l'infrarouge.
22. Tranche ou plaquette de matériau photovoltaïque obtenue au moyen du procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, consistant essentiellement en du silicium monocristallin et comprenant une couche formant émetteur au niveau de sa face avant ou destinée à être exposée, une structure de champ arrière au niveau de sa face non exposée et une jonction P-N dans l'épaisseur de ladite tranche ou plaquette, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une sous-structure continue et fortement dopée de silicium amorpilisé ou modifié, enterrée dans l'épaisseur de l'émetteur et de très faible épaisseur, ladite sous-structure présentant une résistivité inférieure à celle du matériau de départ et étant délimitée par des interfaces cristallines et électriques planes, notamment par deux hétéro-interfaces cristallines planes et deux homo-interfaces UH, confondues ou non avec les hétéro-interfaces et correspondant aux limites de la sous-structure après implantation des impuretés dopantes et avant recuit formateur, ladite sous-structure étant, en outre, pourvue de champs électriques intrinsèques opposés formés au niveau de chaque homo-interface L=H favorisant l'extraction des porteurs minoritaires photogénérés dans ladite sous-structure, ladite tranche ou plaque constituant ainsi un dispositif photovoltaïque multiinterface.
23. Tranche ou plaquette selon la revendication 22, caractérisée en ce que les homo-interfaces L-H sont confondues avec les hétéro-interfaces, au niveau des limites de la sous-structure.
24. Tranche ou plaquette selon la revendication 22, caractérisée en ce que les homo-interfaces L-H sont situées à l'intérieur de la sous-structure définie par les hétéro-interfaces après recuit, ou encadrent cette dernière entreelles en étant situées de part et d'autre de celle-ci.
25. Tranche ou plaquette selon la revendication 22, caractérisée en ce que l'un des couples homo-interface L-H/hétéro-interfaces est confondu et en ce que l'autre couple homo-interface L-H/hétéro-interface est séparé ou distinct.
26. Tranche ou plaquette selon l'une quelconque des revendications 22 à 25, caractérisée en ce que l'émetteur présente une épaisseur inférieure à 1 pm et en ce que la jonction P-N et la jonction L-H formant le champ arrière présentent une profondeur inférieure à 1 pm.
27. Tranche ou plaquette selon l'une quelconque des revendications 22 à 26, caractérisée en ce que l'épaisseur de la sous-structure est comprise entre 20 et 100 nm, ladite sous-structure étant située à une distance comprise entre 50 et 700 mm de la face avant de la tranche, plaquette ou région de puce et présentant une forte conductivité sélective de porteurs majoritaires grâce à son dopage très élevé, supérieur notamment à environ 1019 cm-3, préférentiellement environ cent fois supérieur à celui des zones de l'émetteur avoisinantes.
28. Tranche ou plaquette selon l'une quelconque des revendications 22 à 27, caractérisée en ce que la tranche ou plaquette de silicium présente un confinement effectif des porteurs minoritaires dans la couche d'émetteur située entre la face avant et la sous-structure, grâce à une passivation basse température de ladite face avant et à la création d'une barrière de potentiel au niveau de la sousstructure résultant de l'insertion des interfaces formant ainsi un réservoir de porteurs minoritaires d'épaisseur optimisée, en fonction notamment du dopage initial, comprise entre 50 et 700 mm environ.
29. Tranche ou plaquette selon l'une quelconque des revendications 22 à 28, caractérisée en ce qu'elle présente une épaisseur totale comprise entre environ 120 llm et environ 300 muni
30. Tranche ou plaquette selon l'une quelconque des revendications 22 à 29, caractérisée en ce qu'elle présente une épaisseur comprise entre 3 pin et 50 pm environ et est contrecollée sur un support rigide, par exemple sur une plaque mince en acier inoxydable.
31. Cellule photovoltaïque ou photopile, caractérisée en ce qu'elle comporte en tant que matériau actif une portion de tranche, une tranche ou une plaquette de matériau photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 22 à 30, la face exposée au moins de ladite portion de tranche ou plaquette était conformée et/ou recouverte d'une couche d'un matériau déterminé de manière à constituer un confinement optique, notamment pour le rayonnement infrarouge, dans l'épaisseur dudit matériau actif.
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