FR2801726A1 - Procede de fabrication d'une lamelle ou plaquette photovoltaique et cellule comportant une telle plaquette - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif ou d'une cellule photovoltaïque à haut rendement, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer à une lamelle ou plaquette de silicium (1) de qualité adéquate successivement les deux séquences d'opérations a) et b) suivantes :- a) l'ensemble des diverses opérations permettant d'obtenir un dispositif ou une cellule photovoltaïque classique très fortement dopé (e) à l'avant, et,- b) un ensemble de deux opérations supplémentaires spécifiques comprenant une implantation ionique amorphisante sur la face avant, suivie d'au moins un cycle de traitement thermique dit principal, ce cycle comprenant lui-même deux phases distinctes, à savoir, d'une part, une phase de chauffage de la lamelle ou plaquette (1) à une température comprise entre 450degre C et 600degre C, et, d'autre part, une phase de trempe ou de refroidissement brutal équivalent.

Description

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine technique de la conversion de l'énergie photonique en énergie électrique, et notamment la réalisation de cellules photovoltaïques à haut rendement, et a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif ou d'une cellule photovoltaïque, une plaquette ou lamelle obtenue par ce procédé et une cellule photovoltaïque ou photopile comprenant une telle plaquette ou lamelle.

Les cellules photovoltaïques ou photopiles de bonne qualité commercialisées actuellement présentent au mieux un rendement d'environ 13 % à 15 % (rendement = puissance maximale crête / flux photonique incident).

Par les documents W096/02948 et "12th European photovoltaic solar Energy conférence" ; Z.T. Kuznicki et al.; 11 avril 1994 ; Amsterdam ; pages 552 à 555, 793 à 796, 1056 à 1059 et 2058 à 2063, on connaît un matériau à propriétés photovoltaïques améliorées.

Par le document WO 96/02948, on connaît, en outre, un procédé de fabrication d'un tel matériau photovoltaïque par lequel peut être envisage d'aboutir à des photopiles absorbant le visible et l'infrarouge et présentant un rendement amélioré.

Le procédé de fabrication tel que divulgué dans ce document, auquel la présente demande se réfère expressément, consiste essentiellement à greffer, sur une structure classique de cellule au silicium cristallin à simple jonction, une sous-stmcture enterrée près de la face avant de la cellule, et formée d'une couche de silicium amorphisé accompagnée de divers interfaces actives.

présence d'une telle sous-structure a pour objectif de produire deux effets, a savoir d'une part un élargissement - principalement dans l'infrarouge - de la bande spectrale de la lumière solaire qui participe à la conversion, et d'autre part- dans le visible et l'UV - une amélioration de l'efficacité de la conversion par le jeu du phénomène de génération secondaire de porteurs de courant sous l'effet de l'impact de porteurs primaires photogénérés chauds, c'est à dire possédant une énergie cinétique supérieure à l'énergie cinétique d'équilibre. Un tel porteur primaire généré par un photon de forte énergie (dans l'UV ou le visible adjacent) est effet capable de générer aux abords de la sous-structure un porteur secondaire même si l'énergie cinétique qu'il utilise à cet effet est relativement faible comparee à la hauteur de la bande interdite ("gap"), ce qui est particularité essentielle de la structure des cellules obtenues par le proce précité.

Cette particularité résulte elle-même de la présence à la périphérie de sous-structure, au niveau des deux hétéro-interfaces - avant et arrière - séparant la couche de silicium amorphe des deux couches de silicium cristallin qui l'encadrent, de défauts cristallins qui sont utiles dans ce contexte, appelés bilacunes, défauts qui se forment pendant la phase de recristallisation provoquée au cours d'un traitement thermique du type recuit qui constitue l'étape clé du processus de fabrication des cellules précitées.

Les défauts cristallins ou bilacunes disparaissent normalement pendant le refroidissement ultérieur, sauf toutefois si ce refroidissement est conduit de manière appropriée s'accompagnant de la création, également au niveau des interfaces, d'un champ de contraintes mécaniques internes importantes.

Les propriétés des cellules décrites dans le document WO 96I02948 leur confèrent évidemment un réel intérêt, qui toutefois ne peut traduire en compétitivité économique qu'à la condition que leur prix revient, a priori supérieur à celui des cellules classiques du fait de la présence de la sous-structure, soit accompagné d'une augmentation suffisante de leurs performances pour équilibrer leur surcoût de fabrication. Il faut aussi que la dispersion des performances obtenues en production courante soit convenablement limitée.

Or, la mise en oeuvre pratique du procédé de fabrication de cellules, tel que décrit dans le document précité, permet de constater deux types de difficultés, qui nuisent à la compétitivité des cellules ainsi fabriquées: d'une part, l'amélioration du rendement n'est pas tout à fait aussi importante que prévue théoriquement et, d'autre part, la dispersion des rendements d'un lot à l'autre en production de laboratoire (et il en serait de même dans une production industrielle) est excessive.

Compte tenu de la répartition spectrale de l'énergie dans le rayonnement solaire, une solution pour améliorer le rendement dans les cellules précitées, par rapport à celui accessible dans les cellules classiques peut consister à optimiser la génération secondaire plutôt que l'élargissement vers l'infrarouge de la bande spectrale intervenant dans la conversion. Ainsi, un premier but recherché dans le cadre de la présente invention se situe au niveau de l'augmentation de la production et de l'amélioration de la préservation des sites de génération secondaire par impact sous énergie réduite, sites dont la densité finale influence les performances globales de la cellule de manière prépondérante.

L'invention cherchera par conséquent à créer des bilacunes en aussi grand nombre que possible et de les "geler" ou de les "figer" - ainsi que les contraintes mécaniques associées - dans le matériau où elles jouent alors un rôle primordial car elles constituent des centres de génération dans lesquels l'énergie de libération des électrons de valence est considérablement réduite, au point que ces électrons peuvent être libérés pour devenir des porteurs secondaires sous le simple impact des électrons primaires chauds évoqués ci-dessus.

Une autre solution envisagée par l'invention pour augmenter le rendement des cellules précitées, pouvant être cumulée ou non avec la solution précédente, peut consister en l'amélioration des conditions du transport électronique des porteurs libres.

En effet, dans toute cellule photovoltaïque, il est judicieux, pour optimiser son rendement, de tendre simultanément à maximiser la génération des porteurs, à limiter leur recombinaison et à faciliter le transport électronique dans la structure, de manière à ce que le maximum de porteurs puisse rapidement échapper au risque de recombinaison.

Dans les cellules à sous-stmcture enterrée du type précité, on cherchera donc à mettre en oeuvre l'ensemble des moyens classiques permettant d'optimiser le transport électronique (choix du profil de dopage avant, passivation avant et arrière, champ de surface arrière, etc-) mais en l'occurrence avec une difficulté supplémentaire résultant de la présence même de la sous-structure. Celle-ci constitue en effet un obstacle à la circulation de certains porteurs, et plus particulièrement des porteurs minoritaires générés du côté de la face avant de la cellule par rapport à la sous- structure. Ces porteurs se concentrent par conséquent dans une sorte de zone réservoir en face avant, où ils ont l'avantage - comme il est indiqué dans le document W096/02948 - de rehausser la tension de circuit ouvert desdites cellules, mais présentent aussi le sérieux inconvénient de constituer, du fait de leur concentration, un important foyer de recombinaison pour les porteurs photogénérés près de la face avant. Cet inconvénient est d'autant plus grave que les photons les plus énergétiques, savoir ceux qui sont susceptibles de générer porteurs primaires chauds aptes à la génération secondaire, sont absorbés précisément tres près de la face avant, là où ces porteurs se trouvent par conséquent le plus exposés à la recombinaison. Il peut en résulter des caractéristiques inférieures à celles des cellules classiques dans tranches spectrales de faible longueur d'onde.

contre, ce handicap est partiellement compensé par de meilleurs rendements obtenus dans les longueurs d'onde du proche infrarouge, dont les photons pénètrent plus profondément dans la cellule avant d'être absorbés, et atteignent ainsi l'interface arrière de la sous- structure, où la génération secondaire peut se produire sans que la sous- structure produise dans ce cas son effet de barrière puisqu'elle se trouve en amont du parcours des porteurs minoritaires concernés. Malheureusement les photons impliqués sont moins énergétiques que ceux intervenant plus près de la face avant, et la génération secondaire a de ce coté moins d'ampleur que du côté de la face avant, de sorte que l'apport possible de cette génération secondaire profonde est moins important qu'à l'avant.

Pour tenter de pallier cet inconvénient, il a été proposé dans le document WO 96/02948 de trouver une valeur de compromis pour l'épaisseur uniforme de la sous-structure continue, afin de conserver autant que possible les propriétés de celle-ci en matière de génération de porteurs tout en réduisant son influence néfaste sur le transport électronique.

Néanmoins, un tel compromis est difficile à trouver délicat à réaliser dans la pratique, et constitue une cause de dispersion du rendement desdites cellules en production.

Un second but recherché dans le cadre de la présente invention est donc de proposer un moyen de rétablir de bonnes propriétés de transport électronique, même pour les porteurs minoritaires générés à l'avant de la cellule.

Ainsi, la présente invention a notamment pour objet de proposer un procédé de fabrication de lamelles, plaquettes ou analogues pour la réalisation de cellules ou dispositifs photovoltaïques permettant d'atteindre le premier but et accessoirement le second but recherché, tels qu'exposés ci-dessus.

A cet effet, le procédé de fabrication d'un dispositif ou d'une cellule photovoltaïque à haut rendement à base de silicium monocristallin ou polycristallin, est caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une lamelle ou plaquette de silicium de qualité adéquate successivement les deux séquences d'opérations a) et b) suivantes - a) l'ensemble des diverses opérations permettant d'obtenir un dispositif ou une cellule photovoltaïque classique très fortement dopé(e) à l'avant, savoir, notamment dopage intensif de la face avant de la lamelle ou plaquette de silicium, puis de manière classique : création d'un champ arrière, création d'une couche d'émetteur et d'une jonction P-N de faible profondeur par rapport à la face avant, en particulier par activation d'atomes dopants, métallisation des faces avant et arrière pour la formation des couches métalliques de contact, formation d'une couche de passivation, et formation d'un revêtement antiréflexion en face frontale, et, b) un ensemble de deux opérations supplémentaires spécifiques comprenant une implantation ionique amorphisante sur la face avant, suivie d'au moins un cycle de traitement thermique dit principal, ce cycle étant réalisé en préservant une bonne homogénéité des conditions thermiques sur toute la surface de ladite lamelle ou plaquette et comprenant lui-même deux phases distinctes, à savoir, d'une part, une phase de chauffage de la lamelle ou plaquette à une température, comprise entre 450 C et 600 C, suffisante pour réaliser une recristallisation partielle de la zone amorphisée à l'avant par l'implantation et former ainsi une sous-structure enterrée sensiblement plane et constituée de silicium uniformément amorphisé, et, d'autre part, une phase de trempe ou de refroidissement brutal équivalent ayant pour effet de figer, au niveau des interfaces de la sous-structure, des configurations cristallines utiles provoquant une forte génération secondaire de paires de porteurs de courant.

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 schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue partielle en coupe d'une zone frontale d'une lamelle, plaquette ou dispositif photovoltaïque selon un premier mode de réalisation de l'invention, et, la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une zone frontale d'une lamelle, plaquette ou dispositif photovoltaïque selon un second mode de réalisation de l'invention.

Conformément à l'invention, le procédé de fabrication consiste essentiellement à appliquer à une lamelle ou plaquette de silicium 1 de qualité adéquate successivement les deux séquences d'opérations a) et b) suivantes - a) l'ensemble des diverses opérations permettant d'obtenir un dispositif ou une cellule photovoltaïque classique très fortement dopé(e) l'avant, savoir, notamment dopage intensif de la face avant de la lamelle ou plaquette de silicium 1, puis de manière classique : création d'un champ arrière, création d'une couche d'émetteur 2 et d'une jonction P-N de faible profondeur par rapport à la face avant, en particulier par activation d'atomes dopants, métallisation des faces avant et arrière pour la formation des couches métalliques de contact 3, formation d'une couche de passivation et formation d'un revêtement antiréflexion 4' en face frontale, et, b) un ensemble de deux opérations supplémentaires spécifiques comprenant une implantation ionique amorphisante sur la face avant, suivie d'au moins un cycle de traitement thermique dit principal, ce cycle réalisé en préservant une bonne homogénéité des conditions thermiques sur toute la surface de ladite lamelle ou plaquette 1 et comprenant lui-même deux phases distinctes, à savoir, d'une part, une phase de chauffage de la lamelle ou plaquette 1 à une température, comprise entre 450 C et 600 C, suffisante pour réaliser une recristallisation partielle de la zone amorphisée à l'avant par l'implantation et former ainsi une sous-structure 5 enterrée sensiblement plane et constituée de silicium uniformément amorphisé, et, d'autre part, une phase de trempe ou de refroidissement brutal équivalent ayant pour effet de figer, au niveau des interfaces 6, 6' de la sous-structure 5, des configurations cristallines utiles provoquant une forte génération secondaire de paires de porteurs de courant.

Les différeptes opérations indiquées ci-dessus pour aboutir à la plaquette ou lamelle précitée pourront, par exemple, être similaires à celles décrites dans le document WO 96/02948.

Selon un mode de réalisation de l'invention permettant d'optimiser le bilan énergétique nécessaire à la fabrication du dispositif photovoltaïque, il peut être prévu, de manière alternative au séquencement d'opérations précité, que les opérations de création de la jonction P-N, d'activation des atomes dopants nécessaires à cette création et de recuit des contacts métal-semi-conducteur 3 faisant partie de l'opération de métallisation des faces avant et arrière, soient réalisées au cours du traitement thermique principal. Conformément à une variante de réalisation avantageuse de l'invention, le traitement thermique dit "principal" peut consister à réaliser plusieurs cycles consécutifs de traitement thermique avec des chauffages à une ou des température(s) d'environ 500 C ou légèrement supérieure à 500 C, les performances photovoltaïques de la lamelle ou plaquette étant éventuellement vérifiée après chaque cycle et les paramètres du cycle suivant adaptés en conséquence.

Pour comprendre les avantages procurés par les caractéristiques de l'invention telles qu'exposées ci-dessus, il convient tout d'abord de noter que la présence physique d'une sous-structure enterrée amorphe ne s'accompagne pas automatiquement de celle des bilacunes et contraintes formant les centres de génération secondaire. Un processus de fabrication inadapté peut effectivement produire une sous-structure complètement dépourvue, dans ses zones de transition abrupte vers les régions cristallines, de configurations cristallines utiles à la génération, ce d'ailleurs sans que l'observation morphologique d'une telle sous-structure révèle des différences observables par comparaison avec une autre sous-structure qui, elle, en serait pourvue. L'explication en est fournie par un examen plus approfondi du processus de création des bilacunes et des contraintes locales utiles.

Pour créer une couche amorphe dans un substrat de silicium cristallin, un des moyens utilisés, et décrit dans le document WO 96I02948 peut consister en une implantation ionique d'atomes d'un élément dopant implanté à dose amorphisante sur une épaisseur convenable - suivie d'un recuit de recristallisation produisant toute une série d'effets recristallisation du silicium en face avant à partir d'une amorce cristalline résiduelle de surface - formant l'hétéro-interface délimitant la sous- structure du côté de la face avant -, recristallisation arrière du silicium formant l'hétéro-interface délimitant la sous-structure à l'arrière -, activation des dopants en position substitutionnelle, etc.. .

Une telle recristallisation implique une fusion transitoire du matériau, pendant laquelle sont réalisées, à la transition des phases cristalline et amorphe, des configurations elles-mêmes transitoires telles que les bilacunes, ce à une température légèrement supérieure à 500 C.

Au cours d'un refroidissement relativement lent après fusion, les défauts utiles que constituent les bilacunes se corrigent et disparaissent, alors que la sous-structure reste en place entre les deux hétéro-interfaces, du moins si celles-ci ne se sont pas rejointes du fait de leurs mouvements de rapprochement au cours de l'opération de recuit. Dans ce cas la cellule ne présentera pas de génération secondaire significative.

Par contre, si le refroidissement est suffisamment rapide après la fusion de recristallisation, il est possible de "geler" les défauts utiles existants et ainsi de maintenir, du moins en fin de traitement thermique dit "principal", la présence de centres de génération secondaire dans la cellule. Mais - ce point étant essentiel - tout chauffage ultérieur de celle-ci, atteignant ou dépassant une température de l'ordre de 300 à 400 C, comportera un risque de destruction des défauts précédemment gelés et par là de détérioration des performances résultant de la génération secondaire ou, au mieux, de dispersion plus ou moins grande de celles-ci.

La présente invention vise par les dispositions énoncées precédemment à aménager le procédé tel que décrit dans le WO 96/02948 de manière à conserver au maximum les défauts utiles et à resserrer la dispersion des performances.

En effet, les opérations classiques de passivation - destinées à attenuer la recombinaison de surface -, de traitement anti- reflet ou antiréflexion des faces avant des lamelles ou plaquettes des cellules, ainsi que de métallisation de leurs contacts, comportent toutes des recuits qui, même effectués à des température aussi basses que possible, constituent autant d'occasions de dégradation de la densité de défauts utiles, du moins si elles sont réalisées postérieurement au traitement thermique principal.

Dans les processus de fabrication des cellules classiques, ces opérations peuvent sans inconvénient être réalisées après le recuit d'activation des dopants formateur de la jonction, opération qui tient lieu dans ces processus de traitement thermique principal. Pour certaines d'entre elles comme par exemple le traitement antireflet, leur exécution en fin processus est préférable car elle s'en trouve alors simplifiée.

Par contre, selon une caractéristique essentielle de la présente invention indiquée précédemment, le traitement thermique principal est reporté en fin de processus, afin de préserver au maximum les chances preservation des défauts utiles, report qui implique en retour diverses contraintes en ce qui concerne les choix technologiques et modes opératoires de certaines des opérations alors déplacées en amont dudit traitement thermique principal (à savoir notamment la passivation, metallisations et le traitement anti-reflet). Ainsi, le mode de formation de la couche de passivation destinée à réduire au maximum la recombinaison de surface est choisi de manière à minimiser ou à éliminer la quantité d'oxygène introduite, notamment par diffusion, dans la masse de la lamelle ou plaquette 1 pendant la formation de ladite couche.

Cette disposition sera mieux comprise en rappelant que la recristallisation provoquée par la phase de chauffage du traitement thermique principal s'effectue en formant, de façon connue et en raison de la température relativement basse de ce chauffage, certains défauts cristallins post implantatoires résiduels répartis au sein du volume recristallisé, appelés défauts étendus pour les distinguer des autres défauts post-implantatoires situés aux interfaces délimitant le volume recristallisé lui-même. Or, de façon également connue, la présence simultanée dans le volume recristallisé, de tels défauts cristallins étendus d'une part, et d'une concentration d'oxygène significative d'autre part, provoque la fixation locale de l'oxygène sous diverses formes dont certaines peuvent constituer des centres de recombinaison très actifs, donnant naissance à une recombinaison dite "volumique" pour la distinguer de la recombinaison "de surface ou surfacique" que la passivation a pour objet de limiter. Cette recombinaison volumique est normalement absente des cellules classiques, qui sont réalisées selon des procédés ne comportant pas d'implantation (ou qui, si leur dopage était fait par implantation, pourraient être recuites à des températures suffisamment élevées pour éliminer tout défaut post- implantatoire, en éliminant du même coup toute sous-structure dotée d'interfaces actives).

De façon avantageuse, il convient par conséquent, au où la couche de passivation est formée par une couche d'oxyde de silicium dit thermique parce que formé à température relativement élevée (allant selon les procédés de 750 à 1050 C), de choisir de préférence les conditions de formation de ladite couche qui limitent au maximum la diffusion de l'oxygène dans le cristal pendant l'opération (comme en particulier la température la plus basse possible, et l'épaisseur de couche la plus faible possible, à laquelle correspond la durée d'opération la plus faible). Compte tenu de la très bonne efficacité de l'oxyde thermique pour la limitation de la recombinaison surfacique, et de telles précautions prises pour limiter la recombinaison volumique, on peut ainsi limiter de façon optimisée l'activité globale de recombinaison à l'avant de la lamelle ou plaquette, ayant réduit à la fois ses deux composantes volumique et surfacique.

Bien entendu, d'autres options sont également envisageables pour ce qui est du mode de passivation. Une passivation par couche d'oxyde déposée est nettement moins efficace qu'une couche d'oxyde thermique pour ce qui concerne la recombinaison de surface, mais ne crée pas de recombinaison volumique additionnelle, et peut donc au total également être envisagée.

même une passivation au nitrure de silicium, qui est envisager sous les mêmes critères d'efficacité, avec la particularité que l'azote n'est pas dangereux pour la recombinaison volumique, mais est difficile à fixer efficacement sous forme de nitrure thermique, en raison la différence coefficients de dilatation respectifs du nitrure et du cristal. Par ailleurs, selon une caractéristique de la présente invention, l'épaisseur du revêtement antiréflexion 4' est déterminée pour que les propriétés dudit revêtement soient optimisées à l'issue du ou des cycle(s) traitement thermique principal.

De plus, le procédé selon la présente invention consiste également à empêcher ou du moins à limiter très fortement la diffusion des couches 'talliques de contact 2 et à protéger lesdites couches contre l'oxydation, durant le ou les cycle(s) du traitement thermique principal.

Par conséquent, l'épaisseur de la couche antireflet ou antiréflexion devra être choisie en tenant compte des variations d'indice de réfraction d'épaisseur de cette couche qui résulteront d'un recuit qui pourra être fait à l'occasion du traitement thermique principal.

Enfin, des précautions similaires doivent être prises contre la diffusion couches métalliques de contact, ou contre leur risque d'oxydation lors du traitement thermique principal, frein possible au transport électronique.

Donc, comme indiqué précédemment, l'ensemble des opérations passivation, de traitement antireflet et de métallisation devra être adapté de manière à ce que le report en fin de processus du traitement thermique principal lui-même effectué à 500 C au moins, soit à une température supérieure à celle des recuits propres aux dites opérations, n'introduise pas d'effet secondaire négatif sur le fonctionnement des cellules.

Il a été exposé plus haut que les conditions de trempe sont très influentes sur la densité des bilacunes gelées en fin de traitement thermique, et de ce fait il est souhaitable de pouvoir contrôler le plus finement possible lesdites conditions, et en particulier de pouvoir s'assurer d'une bonne homogénéité des conditions de trempe sur toute la surface des cellules, ce qui est assez difficile compte tenu de la faible épaisseur des substrats et de leur faible inertie thermique.

A titre d'exemple, une introduction brutale de gaz inerte protecteur ("forming gas ) froid dans un four de recuit classique réalise une trempe non homogène qui rend en particulier inégale sur l'ensemble de la plaquette traitée la profondeur d'enterrement, l'homogénéité et la planéité de la sous-structure, sans parler des conséquences sur le gel des bilacunes.

Or, lorsque le traitement thermique principal est fait juste après l'implantation ionique, alors que par conséquent la plaquette traitée doit être en permanence manipulée sous gaz protecteur en raison de la nécessité d'éviter l'oxydation non contrôlée au contact de l'air, les possibilités de trempe sont réduites du de cette contrainte.

Au contraire, dans le procédé selon l'invention, dans lequel le traitement thermique principal est reporté en fin de processus, c'est-à-dire alors que les plaquettes se trouvent déjà protégées chimiquement de l'oxydation par l'air ambiant ou de diverses autres agressions chimiques, de plus larges possibilités de trempe homogène sont ouvertes (pouvant mettre en jeu des agents réfrigérants plus variés et mieux adaptés), permettant d'obtenir d'abord une densité de défauts utiles plus élevée et plus homogène - donc un meilleur rendement -, et en outre une moindre dispersion des performances obtenues en production.

En vue d'aboutir au second but fixé à l'invention et exposé ci- dessus, le cas échéant indépendamment de la réalisation du premier but précité, le procédé objet de la présente peut avantageusement consister à ajuster les conditions opératoires de l'implantation amorphisante ainsi que les paramètres du ou des cycle(s) de traitement thermique en vue d'obtenir une sous-structure 5 comprenant au moins une première zone 7 présentant une épaisseur donnée propice à la génération et à la récupération de porteurs primaires et secondaires et au moins une seconde zone 7' présentant une épaisseur plus faible que ladite au moins une première zone 7, voire une épaisseur nulle, ladite au moins une seconde zone 7' constituant, du fait de sa moindre épaisseur et en conséquence de sa moindre opposition au transport vers l'arrière des porteurs minoritaires de la partie frontale de la couche formant émetteur 2, un passage privilégié à travers la sous-structure 5 pour l'écoulement desdits porteurs (voir figure 2 des dessins annexés).

Ainsi, à la différence de l'enseignement divulgué par le document WO 96I02948, on obtient une sous-structure d'épaisseur non plus uniforme ' au contraire présentant deux zones d'épaisseurs différentes une premiere zone où l'épaisseur est dite "normale", couvrant la majeure partie de la surface de la plaquette ou lamelle, cette première zone étant dédiée principalement à l'activité de génération de porteurs, et une seconde zone d'épaisseur dite "réduite" couvrant le reste de la cellule où l'opposition au transport électronique est fortement atténuée - sinon pratiquement annulée dans le cas particulier où l'épaisseur réduite se trouverait fait réduite à zéro - dédiée principalement à l'écoulement vers l'arrière porteurs minoritaires du réservoir avant.

Selon une caractéristique de l'invention, la sous-structure 5 obtenue peut présenter plusieurs zones 7' de passage privilégié, cas échéant mutuellement attenantes et reliées entre-elles, réparties dans ladite sous-structure 5 de telle manière que la distance entre les bords de deux zones de passage privilégié 7' adjacentes soit au plus égale à 0,5 x LD, où LD représente la longueur de diffusion des porteurs concernés.

De plus, conformément à une variante de réalisation préférentielle de l'invention, les zones 7' de passage privilégié sont réparties et s'étendent, au moins pour l'essentiel et préférentiellement en totalité, sous les bandes 'talliques de la grille formant la couche de contact 2 ajourée frontale l'extraction de porteurs, en constituant un motif sensiblement similaire ( ' figure 2 des dessins annexés).

effet, sachant qu'à l'aplomb de cette grille métallisée - et donc opaque à la lumière - la photogénération de porteurs ne peut de toute façon pas exister, cette disposition permet de favoriser le transport électronique sans qu'aucun élément de surface utile à la génération soit perdu.

Ainsi grâce à la présence dans la sous-structure de deux zones dont chacune a une fonction spécifique, qui peut être ajustée séparément de l'autre, on comprend qu'il soit plus facile d'optimiser en même temps les deux phénomènes de génération et de transport électronique - nonobstant la présence de la sous-structure elle-même - et au surplus de réduire la dispersion des performances des cellules fabriquées. Ce mode particulier de réalisation confère donc un avantage substantiel par rapport aux lamelles ou plaquettes sous-structure d'épaisseur uniforme.

La présente invention a également pour objet une plaquette ou lamelle 1 à propriétés photovoltaïques pour cellule photovoltaïque, photopile ou dispositif photovoltaïque analogue à haut rendement, caractérisé en qu'elle est obtenue au moyen du procédé décrit ci-dessus et comporte une sous-structure 5 délimitée par des interfaces 6 et 6' comportant une grande densité de centres de génération secondaire sous impact, ladite sous-structure 5 présentant éventuellement une épaisseur non uniforme, voire une constitution discontinue.

Enfin, la présente invention concerne aussi une cellule photovoltaïque ou photopile à haut rendement, caractérise en ce qu'elle comporte comme élément actif au moins une plaquette ou lamelle 1 telle que décrite ci-dessus.

Grâce à l'invention, il est donc possible d'aboutir aux buts indiqués dans la partie introductive de la présente.

En outre, l'aménagement du procédé de fabrication, consistant d'une part à reporter en fin de processus le traitement thermique principal et d'autre part à adapter en conséquence les autres opérations du processus replacées en amont de ce traitement, présente enfin une autre caractéristique intéressante au niveau du prix de revient des cellules résultantes, en plus de l'avantage déjà signalé de pouvoir améliorer et mieux contrôler le niveau final de performances. Ce deuxième avantage apparaît en faisant le bilan de la consommation énergétique nécessaire à la fabrication cellules, bilan qui devient plus favorable dans le procédé aménagé objet de la présente invention, par rapport non seulement au procédé décrit dans WO 96/0248, mais encore par rapport aux procédés de fabrication des cellules classiques.

Comme par ailleurs les techniques d'implantation ionique ont sensiblement progressé, l'implantation figurant en tête de processus de fabrication dans le document WO 96I02948 ne constitue plus un handicap significatif de prix de revient, â fortiori s'il est plus ou moins compensé par les économies énergétiques venant d'être évoquées, de sorte qu'en définitive le procédé aménagé, premier objet de la présente invention d'une part, combiné avec l'effet bénéfique sur le rendement des cellules provoqué par le mode particulier de réalisation desdites cellules caractérisé par une sous-structure d'épaisseur non uniforme, également objet de la présente invention d'autre part, concourent à porter la compétitivité économique des cellules résultantes - mesurée par exemple en terme de coût du kWc des modules solaires réalisés avec ces cellules - à niveau qui leur confère un réel avantage concurrentiel.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1) Procédé de fabrication d'un dispositif ou d'une cellule photovoltaïque à haut rendement à base de silicium monocristallin ou polycristallin, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une lamelle ou plaquette de silicium (1) de qualité adéquate successivement les deux séquences d'opérations a) et b) suivantes - a) l'ensemble des diverses opérations permettant d'obtenir un dispositif une cellule photovoltaïque classique très fortement dopé(e) à l'avant, à savoir, notamment dopage intensif de la face avant de la lamelle ou plaquette de silicium (1), puis de manière classique : création d'un champ arrière, création d'une couche d'émetteur (2) et d'une jonction P-N de faible profondeur par rapport à la face avant, en particulier par activation d'atomes dopants, métallisation des faces avant et arrière pour la formation des couches métalliques de contact (3), formation d'une couche de passivation (4), et formation d'un revêtement antiréflexion (4) en face frontale, et - b) un ensemble de deux opérations supplémentaires spécifiques comprenant une implantation ionique amorphisante sur la face avant, suivie d'au moins un cycle de traitement thermique dit principal, ce cycle ' réalisé en préservant une bonne homogénéité des conditions thermiques sur toute la surface de ladite lamelle ou plaquette (1) et comprenant lui-même deux phases distinctes, à savoir, d'une part, une phase de chauffage de la lamelle ou plaquette (1) à une température, comprise entre 450 et 600 C, suffisante pour réaliser une recristallisation partielle de la zone amorphisée à l'avant par l'implantation et former ainsi une sous- structure (5) enterrée sensiblement plane et constituée de silicium uniformément amorphisé, et, d'autre part, une phase de trempe ou de refroidissement brutal équivalent ayant pour effet de figer, au niveau des interfaces (6, 6') de la sous-structure (5), des configurations cristallines utiles provoquant une forte génération secondaire de paires de porteurs de courant.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de création de la jonction P-N, d'activation des atomes dopants nécessaires cette création et de recuit des contacts métal-semi-conducteur (3) faisant partie de l'opération de métallisation des faces avant et arrière, sont réalisées au cours du traitement thermique principal.

3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérise en ce qu'il consiste à réaliser plusieurs cycles de traitement thermique avec des chauffages à une température d'environ 500 C ou légèrement supérieure à 500 C, les performances photovoltaïques de la lamelle ou plaquette étant éventuellement vérifiées après chaque cycle et les parametres du cycle suivant adaptés en conséquence.

4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mode de formation de la couche passivation (4) destinée ' réduire au maximum la recombinaison de surface est choisi de manière a minimiser ou à éliminer la quantité d'oxygène introduite, notamment par diffusion, dans la masse de la lamelle plaquette (1) pendant la formation de ladite couche.

5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement antiréflexion (4') est déterminée pour que les propriétés dudit revêtement soient optimisées à l'issue du des cycle(s) du traitement thermique principal. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à empêcher ou du moins à limiter très fortement la diffusion des couches métalliques de contact (2) et à protéger lesdites couches contre l'oxydation, durant le ou les cycle(s) du traitement thermique principal. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à ajuster les conditions opératoires de l'implantation amorphisante ainsi que les paramètres du des cycle(s) de traitement thermique en vue d'obtenir une sous-structure () comprenant au moins une première zone (7) présentant une épaisseur donnée propice à la génération et à la récupération de porteurs primaires et secondaires et au moins une seconde zone (T) présentant une épaisseur plus faible que ladite au moins une ptp#j@Tç gçpnç (7), voife une épaisseur nulle, ladite au moins une seconde zone (<B>7</B>) constituant, du fàit de sa moindre épaisseur et en conséquence de sa moindre opposition au transport vers l'arrière des porteurs minoritaires de la partie frontale de la couche formant émetteur (2), un passage privilégié à travers la sous-structure (5) pour l'écoulement desdits porteurs. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une sous-structure (5) présentant plusieurs zones (<B>7</B>) de passage privilégié réparties dans ladite sous-structure (5) de telle manière que la distance entre les bords de deux zones (<B>7</B>) adjacentes soit au plus égale à 0,5 x LD, où LD représente la longueur de diffusion des porteurs concernés. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les zones (T) de passage privilégié sont réparties et s'étendent, au moins pour l'essentiel et préférentiellement en totalité, sous les bandes métalliques de la grille formant la couche de contact (2) ajourée frontale pour l'extraction de porteurs, en constituant un motif sensiblement similaire. 10) Plaquette ou lamelle à propriétés photovoltaïques pour cellule photovoltaïque, photopile ou dispositif photovoltaïque analogue à haut rendement, caractérisée en ce qu'elle est obtenue au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11) Plaquette ou lamelle selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte une sous-structure (5) obtenue au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 et délimitée par des interfaces (6 et 6') comportant une grande densité de centres de génération secondaire sous impact. 12) Cellule photovoltaïque ou photopile à haut rendement, caractérisée en ce qu'elle comporte comme élément actif au moins une plaquette ou lamelle selon l'une quelconque des revendications 10 et 11.