FR2914501A1 - Dispositif photovoltaique a structure a heterojonctions interdigitee discontinue - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif photovoltaïque (100), comportant :- un substrat à base d'un matériau semi-conducteur cristallin,- une première électrode comportant au moins une hétérojonction réalisée sur une face, appelée face arrière, du substrat, cette hétérojonction comportant une couche (104) à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé,- une seconde électrode.La première et la seconde électrodes sont disposées sur la face arrière du substrat selon un motif de peignes interdigités, et la couche (104) comportant une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé distinctes et espacées les unes des autres.
Description
DISPOSITIF PHOTOVOLTAÏQUE A STRUCTURE A HETEROJONCTIONS INTERDIGITEE
DISCONTINUE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne la réalisation de cellules photovoltaïques, ou cellules solaires, et plus particulièrement de hétérojonctions et discontinue. cellules photovoltaïques à à structure interdigitée Une cellule photovoltaïque classique, à base de silicium cristallin, comporte une structure à homojonction ainsi que des contacts sur les faces avant et arrière de la cellule. Le rendement de conversion d'une telle cellule est généralement compris entre environ 14 % et 18 %. Deux autres types de structure de cellule photovoltaïque, plus complexes, permettent d'obtenir des rendements de conversion supérieurs à % : il s'agit des cellules photovoltaïques à 20 contacts en face arrière (RCC) et des cellules photovoltaïques à hétérojonctions (HJ). Dans le cas d'une cellule photovoltaïque RCC, des zones dopées N et P, ainsi que des métallisations associées à ces zones, formant une électrode appelée émetteur et une électrode de champ arrière, sont placées sur une même face d'un substrat (la face arrière de la cellule, c'est-à-dire la face opposée à celle recevant les rayons lumineux) de cette cellule, sous la forme de peignes interdigités. On entend par peigne, ici et dans tout le reste du document, un motif comportant plusieurs doigts, ou portions de forme allongée (par exemple des rectangles), sensiblement parallèles les uns aux autres et reliés entre eux au niveau d'un de leur côté par un doigt disposé perpendiculairement aux autres doigts. De même, on entend par peignes interdigités, ici et dans tout le reste du document, deux peignes tels que décrit ci-dessus, disposés l'un en face de l'autre et dont les doigts de l'un sont disposés entre les doigts de l'autre. La zone dopée formant l'émetteur est continue sur toute la longueur d'une cellule (par exemple supérieure à 100 mm) et sa largeur est généralement comprise entre 1 mm et quelques centaines de microns. De plus, les largeurs des zones dopées N et P sont différentes. Les technologies mises en oeuvre pour la réalisation d'une telle cellule sont similaires à celles mises en oeuvre pour la réalisation d'une cellule photovoltaïque classique. Des étapes supplémentaires de masquage et de lithographie sont toutefois nécessaires pour réaliser les dopages localisés (zones N et P sur la même face). Les cellules photovoltaïques HJ font appel à des technologies complètement différentes : des couches minces de silicium amorphe non dopé et dopé doivent d'abord être déposées par CVD (dépôt chimique en phase vapeur), et par exemple par PECVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma) sur le substrat cristallin d'une telle cellule, puis des couches minces conductrices doivent ensuite être déposées par PVD (dépôt physique en phase vapeur). Ces dépôts se font sur toute la surface de la cellule solaire. L'association de ces deux structures pour obtenir une cellule photovoltaïque à contacts arrières et à hétérojonctions (HJ+RCC) nécessite de réaliser plusieurs couches minces de façon localisée, notamment les couches de silicium amorphe dopé et les couches minces conductrices. La figure 1 est une vue d'une face arrière d'une cellule photovoltaïque HJ+RCC 1. Cette cellule 1 comporte un substrat sur lequel est déposé, au niveau d'une face arrière de ce substrat, une couche mince de silicium amorphe non dopé 2, une couche mince de silicium amorphe formant des zones dopées N+ 4 et une couche mince de silicium amorphe formant des zones dopées P+ 6, ces zones dopées 4 et 6 étant disposées sous forme de peignes interdigités. Ces zones dopées 4 et 6 sont recouvertes par de l'ITO (oxyde d'indium et d'étain). Enfin, cette structure comporte des métallisations 8 et 10 réalisées sur l'ITO, pour contacter les zones dopées 4 et 6. La réalisation d'une telle cellule nécessite la mise en oeuvre d'étapes contraignantes et coûteuses de masquage et de photolithographie pour obtenir ces couches dopées 4 et 6 sous forme de peignes interdigités, chaque zone dopée 4 et 6 étant continue, c'est-à-dire formée par un seul élément, comme dans le cas des cellules RCC.
EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif semi-conducteur permettant d'obtenir des cellules photovoltaïques à contacts arrières et à hétérojonctions à faible coût. Pour cela, la présente invention propose un dispositif photovoltaïque, pouvant comporter : - un substrat à base d'un matériau semi-conducteur cristallin, - au moins deux hétérojonctions réalisées sur une face, appelée face arrière, du substrat et pouvant comporter une première couche à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un premier type de conductivité, et une seconde couche à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un second type de conductivité, la première et la seconde couche pouvant être disposées sur la face arrière du substrat selon un motif de peignes interdigités, au moins l'une de la première et de la seconde couche pouvant comporter une pluralité de portions, ou plots, du matériau semi-conducteur amorphe dopé du premier ou du second type de conductivité distinctes et espacées les unes des autres. La présente invention concerne également un dispositif photovoltaïque comportant : -un substrat à base d'un matériau semi-conducteur cristallin, - une première électrode comportant au moins une hétérojonction réalisée sur une face, appelée face arrière, du substrat, cette hétérojonction 4 comportant une couche à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé, - une seconde électrode, la première et la seconde électrodes étant disposées sur la face arrière du substrat selon un motif de peignes interdigités, et la couche comportant une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé distinctes et espacées les unes des autres.
Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir une cellule photovoltaïque à hétérojonctions et à contacts arrières dont les coûts de fabrication sont réduits par rapport aux cellules photovoltaïques de l'art antérieur, en évitant de mettre en oeuvre des étapes coûteuses de masquage et de photolithographie. La première électrode peut former un émetteur du dispositif photovoltaïque. Dans une variante, le dispositif peut comporter en outre au moins une couche à base de semi- conducteur amorphe intrinsèque disposée entre le substrat et la couche de semi-conducteur amorphe dopé, la seconde électrode pouvant comporter au moins une métallisation réalisée sur la couche à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque.
La couche de la première électrode, appelée première couche, peut être à base d'un matériau semi- conducteur amorphe dopé d'un premier type de conductivité, la seconde électrode pouvant comporter au moins une hétérojonction comprenant une seconde couche à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un second type de conductivité.
Dans ce cas, le dispositif peut comporter en outre au moins une couche à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque disposée entre le substrat et les première et seconde couches de semi-conducteur amorphe dopé. La seconde couche peut comporter une pluralité de portions du matériau semi-conducteur dopé du second type de conductivité distinctes et espacées les unes des autres.
Les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé peuvent être de forme sensiblement rectangulaire, les dimensions en longueur et en largeur des portions de matériau semi-conducteur dopé du premier type de conductivité pouvant être différentes de celles des portions de matériau semi-conducteur dopé du second type de conductivité. Les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité peuvent être isolées les unes des autres par matériau isolant disposées au moins portions de matériau semi-conducteur éventuellement disposées partiellement des portions de entre lesdites amorphe dopé et sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé, et/ou être reliées électriquement entre elles par des métallisations réalisées sur lesdites portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé. Les métallisations réalisées sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité peuvent être formées par une portion continue à base d'un matériau conducteur ou comporter des portions d'un matériau conducteur distinctes et espacées les unes des autres. Le dispositif peut comporter en outre au moins une couche à base d'au moins un matériau conducteur, par exemple un oxyde transparent conducteur tel que de l'ITO, et/ou un métal, disposée entre les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé et les métallisations, et pouvant comporter des portions du matériau conducteur distinctes et espacées les unes des autres, de forme sensiblement similaire à celle des portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé, et disposées sensiblement au niveau des portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé. Le dispositif peut comporter en outre au moins une couche à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque disposée entre le substrat et les première et seconde couches de semi-conducteur amorphe dopé. Le dispositif peut être une cellule photovoltaïque à hétérojonctions et à contacts arrières. Un but de la présente invention est également de proposer un procédé permettant de réduire le coût de réalisation d'une cellule solaire à contacts arrières et à hétérojonctions.
Pour cela, la présente invention propose aussi un procédé de réalisation d'une structure à hétérojonctions et à contacts arrières qui n'est pas constituée de zones dopées longues continues mais de zones dopées courtes discontinues, la continuité électrique de ces zones alignées de même polarité n'étant réalisée qu'en fin de procédé lors du dépôt d'un matériau conducteur formant les métallisations de la structure. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif photovoltaïque, 5 pouvant comporter au moins les étapes de : - dépôt, sur une face appelée face arrière d'un substrat à base d'une matériau semi-conducteur cristallin, d'une première couche à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un premier type de 10 conductivité à travers un premier masque dont le motif peut comporter des ouvertures discontinues, pouvant former une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé du premier type de conductivité distinctes et espacées les unes des autres, 15 - réalisation d'une seconde couche à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un second type de conductivité sur la face arrière du substrat, les première et seconde couches pouvant être disposées selon un motif de peignes interdigités, 20 et pouvant former deux hétérojonctions. La présente invention concerne aussi un procédé de réalisation d'un dispositif photovoltaïque, comportant au moins les étapes de : - réalisation d'une première électrode, 25 comprenant au moins une étape de dépôt, sur une face appelée face arrière d'un substrat à base d'un matériau semi-conducteur cristallin, d'une couche à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures 30 discontinues, formant une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé distinctes et espacées les unes des autres, - réalisation d'une seconde électrode, les première et seconde électrodes étant disposées sur la face arrière du substrat selon un motif de peignes interdigités. Ainsi, on réduit le coût d'obtention des couches minces localisées des cellules solaires à hétérojonctions et à contacts arrières grâce à des étapes de dépôt à travers des masques comportant des ouvertures discontinues, remplaçant ainsi des étapes coûteuses de photolithographie. Le procédé peut comporter en outre, avant la réalisation de la première électrode, une étape de dépôt d'une couche à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque sur la face arrière du substrat, la couche à base du matériau semi-conducteur amorphe dopé pouvant être déposée sur la couche de semi-conducteur amorphe intrinsèque, la réalisation de la seconde électrode comportant une étape de dépôt d'au moins une métallisation sur la couche de semi-conducteur amorphe intrinsèque. La couche, appelée première couche, peut être à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un premier type de conductivité, la réalisation de la seconde électrode pouvant comporter une étape de dépôt d'une seconde couche à base d'un matériau semi- conducteur amorphe dopé d'un second type de conductivité sur la face arrière du substrat.
Le procédé peut comporter en outre, avant la réalisation de la première électrode, une étape de dépôt d'une couche à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque sur la face arrière du substrat. Le dépôt de la seconde couche à base du matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité peut être obtenue par le dépôt du matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité à travers un second masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, pouvant former une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité distinctes et espacées les unes des autres. Le procédé peut comporter en outre, après la réalisation de la première et/ou de la seconde électrode, une étape de dépôt, au moins entre les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité, à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, d'un matériau isolant et/ou partiellement sur les portions de matériau semi-conducteur dopé.
Dans une variante, le procédé peut comporter en outre, avant la réalisation de la première électrode, une étape de dépôt d'un matériau isolant à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, destiné à former des portions de matériau isolant au moins entre lesdites portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité. Le procédé peut comporter en outre, après la réalisation de la première et/ou de la seconde électrode, une étape de dépôt sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité, à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, de portions d'au moins un matériau conducteur, par exemple du métal et/ou de l'oxyde transparent conducteur tel que de l'ITO. Ces portions de matériau conducteur peuvent être déposées sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé à travers le masque utilisé pour le dépôt de la couche de matériau semi-conducteur amorphe dopé de la première électrode et, lorsque la seconde électrode comporte une seconde couche de matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité déposée à travers le second masque, les portions de matériau conducteur peuvent être déposées sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité à travers le second masque. Ainsi, les portions de matériau conducteur ont une forme et des dimensions sensiblement similaires aux portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé.
Le procédé peut comporter en outre, avant le dépôt de la première couche de matériau semi- conducteur amorphe dopé du premier type de conductivité, une étape de dépôt d'une couche à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque sur la face arrière du substrat. Le procédé peut également comporter une étape de réalisation de métallisations sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé, pouvant relier électriquement les portions de matériau semi- conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité entre elles. Cette réalisation de métallisations peut être obtenue par le dépôt d'un matériau conducteur à travers un masque comportant des ouvertures discontinues, formant des portions de matériau conducteur distinctes et espacées les unes des autres.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 décrite précédemment représente une vue de dessous d'une cellule photovoltaïque à hétérojonctions et à contacts en face arrière selon l'art antérieur, - la figure 2 représente une vue de dessous d'une cellule photovoltaïque à hétérojonctions et à contacts en face arrière, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation, - les figures 3 à 8B représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonctions et à contacts en face arrière, également objet de la présente invention, - la figure 9 représente une vue de dessous d'une cellule photovoltaïque à hétérojonctions et à contacts en face arrière, objet de la présente invention, selon un second mode de réalisation. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord à la figure 2 qui représente une cellule photovoltaïque 100 à hétérojonctions et à contacts en face arrière selon un premier mode de réalisation. La cellule photovoltaïque 100 comporte un substrat, non visible sur la figure 2, à base d'un semi-conducteur cristallin, par exemple du silicium. Une couche mince 102 de semi-conducteur amorphe non dopé, tel que du silicium, est disposée sur une face arrière du substrat. On entend par couche mince, ici et dans tout le reste du document, une couche d'épaisseur par exemple inférieure ou égale à environ 10 pm. Dans ce premier mode de réalisation, cette couche mince 102 a par exemple une épaisseur égale à environ 15 nm. De plus, les matériaux amorphes utilisés dans l'invention peuvent être des matériaux purement amorphes, mais également des matériaux polymorphes, microcristallins ou encore polycristallins. La cellule photovoltaïque 100 comporte deux couches, 104 et 106, de semi-conducteur amorphe dopé, ici du silicium, selon deux types de conductivité différents, respectivement N+ et P+, selon un motif de peignes interdigités, formant deux hétérojonctions. La couche 104 forme les électrodes émettrices, la couche 106 formant les électrodes de champ arrière.
Contrairement aux cellules photovoltaïques de l'art antérieur, le motif de peignes interdigités formé par ces deux couches n'est pas continu, mais discontinu. En effet, chacune de ces couches est formée de portions, ou plots, distinctes les unes des autres. Dans cet exemple de réalisation, les portions de la couche de silicium amorphe 104 dopé N+ ont une forme sensiblement rectangulaire, par exemple de largeur égale à environ 1 mm, de longueur égale à environ 3,5 mm et sont espacées les unes des autres par une distance égale à environ 150 pm. De même, les portions de la couche de silicium amorphe dopée P+ 106 ont également une forme sensiblement rectangulaire, de largeur égale à environ 0,3 mm, de longueur égale à environ 3,5 mm, et sont espacées les unes des autres d'une distance égale à environ 150 pm. Les espaces, ici de 150 pm, séparant les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé sont ici comblés par un matériau isolant 108, par exemple à base de dioxyde de silicium. Dans ce premier mode de réalisation, le matériau isolant 108 déborde sur les portions des couches de silicium amorphe dopé 104 et 106, recouvrant donc partiellement ces portions. Une couche conductrice, non représentée sur la figure 2 pour des raisons de clarté, est disposée sur les portions de silicium amorphe dopé formées par les couches 104 et 106. Les motifs formés par cette couche conductrice correspondent ici sensiblement aux motifs formés par les couches dopées 104 et 106, mais de dimensions légèrement inférieures (par exemple inférieure d'environ 0,1 mm). Cette couche peut être à base d'un matériau conducteur tel qu'un oxyde transparent conducteur, par exemple de l'ITO, du ZnO, du SnO2r du TiO2, ou un métal, par exemple de l'argent ou de l'aluminium. Enfin, la cellule photovoltaïque 100 comporte des métallisations 110 et 112 disposées sur la précédente couche conductrice non représentée, connectant ainsi les portions de silicium amorphe dopé d'un même type de conductivité, par l'intermédiaire de cette précédente couche conductrice. Sur cette figure 2, les métallisations 110 connectent les portions de la couche N+ 104, les métallisations 112 connectant les portions de la couche P+ 106. Sur cette figure, pour des raisons de clarté, les métallisations 110 et 112 sont représentées comme ayant une largeur inférieure à celle des portions de silicium amorphe dopé 104 et 106. Compte tenu du débordement du matériau isolant 108 sur les portions des couches de silicium amorphe dopé 104 et 106 et du fait que les portions de la couche conductrice déposées sur les portions de silicium amorphe dopé et les métallisations 110 et 112 n'ont pas des dimensions supérieures aux portions de silicium amorphe dopé, les métallisations 110 et 112 et la couche conductrice ne sont pas en court circuit avec le substrat de silicium cristallin recouvert par la couche mince 102.
On se réfère maintenant aux figures 3 à 8B représentant les étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque 200 à hétérojonctions et à contacts en face arrière.
Comme représenté sur la figure 3, on dépose tout d'abord sur une face arrière 202 d'un substrat 204, par exemple similaire au substrat de la cellule photovoltaïque 100, une couche mince de silicium amorphe 206, par exemple similaire à la couche mince 102 de la cellule photovoltaïque 100. On réalise ensuite, sur la couche amorphe 206, le dépôt d'une couche mince de silicium amorphe 208 dopée d'un premier type de conductivité, par exemple N+, à travers un premier masque comportant des ouvertures discontinues (figures 4A et 4B). Le motif du masque est donc reporté au niveau de la couche 208, formant des portions de silicium amorphe dopé distinctes et espacées les unes des autres. Dans cet exemple de réalisation, les ouvertures du premier masque, et donc également les portions de silicium amorphe dopé réalisées, ont une forme sensiblement rectangulaire, par exemple de largeur égale à environ 1 mm, de longueur égale à environ 3,5 mm, ces ouvertures étant espacées les unes des autres par une distance égale à environ 150 pm. Comme représenté sur les figures 5A et 5B, on réalise ensuite le dépôt d'une couche mince de silicium amorphe 210 dopée d'un second type de conductivité, par exemple P+, à travers un second masque comportant des ouvertures discontinues, et formant des portions de silicium amorphe dopé distinctes et espacées les unes des autres. Ici, les ouvertures du second masque ont une largeur égale à environ 0,3 mm, une longueur égale à environ 3,5 mm et un espacement entre les ouvertures égal à environ 150 pm. On voit sur la figure 5B que les couches minces 208 et 210 forment une motif de peignes interdigités. Ces deux couches 208 et 210 forment les deux hétérojonctions de la cellule photovoltaïque 200.
Il est possible que la couche mince de silicium amorphe 210 dopée P+ soit déposée avant la couche mince de silicium amorphe 208 dopée N+. Comme représenté sur la figure 6, une couche mince isolante 212, par exemple à base de dioxyde de silicium, peut avantageusement être prévue : elle est déposée au niveau des espaces séparant les portions des couches de silicium amorphe dopé 208 et 210, par l'intermédiaire d'un troisième masque comportant des ouvertures discontinues. Cette couche isolante 212 est formée d'une pluralité de portions venant se superposer aux espaces séparant les portions des couches dopées 208 et 210. En raison d'un possible décalage de masque et/ou de la tolérance sur les dimensions des ouvertures des masques et/ou d'un débordement lors d'un dépôt, par exemple d'environ +/-50 pm lors de la réalisation des couches 208 ou 210, l'espacement entre les portions des couches dopées 208 et 210 est soumis à une tolérance double de la dimension précédente, par exemple environ +/-100 pm.
Afin de garantir le recouvrement des espaces entre les portions par la couche isolante 212, les portions de la couche isolante 212 peuvent être élargies pour intégrer les tolérances citées précédemment. Elles peuvent par exemple être d'une largeur égale à environ 350 pm. Ainsi, les extrémités des portions des couches dopées 208 et 210 sont recouvertes par le matériau de la couche isolante 212, même dans le cas d'un éventuel décalage de masque lors de la réalisation de ces couches dopées 208 et 210. Dans une variante de ce procédé, la couche isolante 212 peut être déposée avant le dépôt de l'une des couches de silicium amorphe dopées 208 ou 210, ou avant le dépôt des deux couches de silicium amorphe dopées 208 et 210. On réalise ensuite le dépôt d'une couche mince conductrice 214, par exemple à base d'oxyde transparent conducteur (TCO) tel que de l'ITO et/ou du ZnO et/ou du SnO2 et/ou du TiO2, et/ou du métal tel que de l'argent et/ou de l'aluminium (figures 7A et 7B). Ce dépôt est réalisé à travers un quatrième masque dont les ouvertures correspondent à celles du premier et du second masque, mais de dimensions légèrement inférieures pour éviter des débordements du matériau conducteur par rapport aux couches de silicium amorphe dopé 208 et 210. Le matériau conducteur 214 déposé sur les portions de la couche dopée 208 peut former des portions de forme sensiblement rectangulaire, par exemple de largeur égale à environ 0,9 mm et de longueur égale à environ 3,4 mm, le matériau conducteur 214 déposé sur les portions de la couche dopée 210 pouvant former également des portions de forme sensiblement rectangulaire, par exemple de largeur égale à environ 0,2 mm et de longueur égale à environ 3,4 mm. Enfin, comme représenté sur les figures 8A et 8B, une couche d'une épaisseur par exemple supérieure à environ 10 pm, à base d'un conducteur tel que de l'aluminium, pouvant être ou non différent de celui de la couche 214, est déposée sur le matériau conducteur 214 afin de former les métallisations de la cellule 200. Cette couche forme des métallisations 216 connectant les portions de silicium amorphe N+ 208 entre elles et des métallisations 218 connectant les portions de silicium amorphe P+ 210 entre elles. Sur la figure 8B, ces métallisations 216 et 218 ont une largeur sensiblement similaire à celle des portions de matériau conducteur 214 sur lesquelles se trouve ces métallisations : par exemple, les métallisations 216 ont ici une largeur égale à environ 0,9 mm et les métallisations 218 ont ici une largeur égale à environ 0,2 mm. Ces métallisations 216, 218 sont ici réalisées par sérigraphie d'une pâte à base de polymère basse température chargée en argent et/ou tout autre métal approprié pour former des métallisations. Dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, les dimensions données ont été définies pour garantir les recouvrements critiques et ce, en prenant en compte des éventuels décalages d'environ 50}gym par rapport aux dimensions des motifs déposés (décalage au niveau des masques et alignement, bavures au dépôt, ...) .
Pour une cellule photovoltaïque de format égal à 200 X 200 mm, les masques utilisés pour sa réalisation permettent le dépôt de rectangles de dimensions égales à 170 X 50 }gym au pas de 200 X 70 }gym sans bavures, avec un alignement dynamique réalisé par un système de vision.
Dans ce procédé, les dépôts de silicium amorphe intrinsèque et dopé sont des dépôts CVD, par exemple PECVD ou HW-CVD (dépôt chimique en phase vapeur à fil chaud). Les dépôts d'oxyde transparent conducteur et de métal sont des dépôts PVD, par exemple pulvérisation cathodique ou évaporation. Enfin, les dépôts de matériaux isolants sont des dépôts CVD, par exemple PECVD. On se réfère maintenant à la figure 9 qui représente une cellule photovoltaïque 300 à hétérojonctions et à contacts en face arrière selon un second mode de réalisation. Par rapport au premier mode de réalisation, la cellule photovoltaïque 300 comporte des métallisations 302 et 304 qui ne sont pas continues, c'est-à-dire comportant des portions conductrices, chacune de ces portions conductrices reliant deux portions de silicium amorphe d'un même type de conductivité. Ces métallisations 302 et 304 ne sont donc pas réalisées par sérigraphie mais par dépôt à travers un masque dont le motif correspond au motif de ces métallisations 302 et 304. Dans cette variante, on prévoit avantageusement une couche conductrice 214, non représentée sur cette figure 9, de résistivité plus faible. Pour cela, on peut augmenter l'épaisseur de la couche conductrice 214 lorsque celle-ci est à base d'ITO, utiliser du métal présentant une résistivité plus faible que l'ITO ou un bicouche ITO/métal (par exemple 40 nm d'ITO et 150 nm d'aluminium). De plus, contrairement à la cellule photovoltaïque 100 du premier mode de réalisation, la cellule photovoltaïque 300 comporte des portions de silicium amorphe dopé N+ 306 et P+ 308 de longueurs différentes. Sur la figure 9, les portions de silicium amorphe N+ 306 ont une longueur supérieure à celle des portions de silicium amorphe P+ 308. Ainsi, les ouvertures du masque utilisé pour la réalisation de la couche conductrice, par exemple d'ITO, déposée sur les portions de silicium amorphe dopé N+ 306 et celles pour la réalisation de la couche d'ITO sur les portions de silicium amorphe dopé P+ 308 ne sont pas alignées les unes à côté des autres, ce qui supprime la contrainte sur la largeur minimale du pont de matière se trouvant entre les ouvertures du masque. Les portions isolantes séparant les portions de silicium amorphe P+ 308 sont ici réalisées aussi longues que possible afin d'optimiser la passivation au niveau de l'électrode de champ arrière. De plus, les ouvertures de masque utilisées pour le dépôt de la couche d'isolant (SiO2 par exemple) peuvent être allongées pour profiter aussi d'un débordement latéral, formant par exemple des portions isolantes dont la largeur est par exemple égale à environ 1,1 mm (déposées sur des portions de silicium amorphe dont la largeur est par exemple égale à environ 1 mm) ou 0,4 mm (déposées sur des portions de silicium amorphe dont la largeur est par exemple égale à environ 0,3 mm). De plus, les portions d'ITO peuvent être déposées en deux étapes : une première étape réalisant des portions d'ITO sur les portions de silicium amorphe dopé N+, puis une seconde étape réalisant des portions d'ITO sur les portions de silicium amorphe dopé P+. Dans ce cas, il est également possible qu'un même masque soit utilisé pour le dépôt des couches de silicium amorphe dopé et le dépôt des portions conductrices sur les portions des couches de silicium amorphe dopé. Dans ce cas, on réalise tout d'abord le dépôt de la couche de silicium amorphe dopé N+, puis le dépôt des portions conductrices destinées à se trouver sur les portions de la couche de silicium amorphe dopé N+, le dépôt de la couche de silicium amorphe dopé P+, le dépôt des portions conductrices destinées à se trouver sur les portions de couche de silicium amorphe dopé P+, le dépôt de la couche isolante et enfin la réalisation des métallisations. De manière générale, les masques utilisés durant la réalisation d'une cellule photovoltaïque sont convenablement plaqués contre la cellule, en utilisant un masque plan très bien tendu sur un cadre, afin d'éviter tout débordement du matériau appliqué à travers le masque, afin d'éviter des courts circuits entre les zones de polarité différente. Les masques utilisés peuvent être des masques métalliques. Les espaces et recouvrements des différentes couches pour éviter les courts-circuits imposent des tolérances dans la géométrie des masques et dans les alignements entre les dépôts. Cela impose plusieurs conditions. Tout d'abord, l'une de ces conditions est d'avoir des ouvertures de masque bien définies. Pour cela, les masques sont réalisés de préférence par électrodéposition, offrant une excellente géométrie, ou découpe chimique ou laser. De plus, si les ouvertures de masque présentent une certaine conicité (dimensions légèrement supérieures d'un côté du masque que de l'autre), cet écart de dimensions est pris en compte pour le choix du côté du masque en contact avec le substrat. Enfin, une épaisseur réduite du masque (par exemple égale à environ 50 pm) permet de réduire les phénomènes d'ombrage. Des masques à épaisseur variable peuvent également être envisagés, avec des épaisseurs réduites au voisinage des ouvertures par rapport au reste du masque. Une autre de ces conditions est d'avoir un bon alignement entre les différents niveaux de couches réalisés sur le substrat. Pour cela, durant le procédé de réalisation, on réalise des indexations des masques par rapport au substrat via des mires incluses dans le masque. Ces mires, ou trous d'indexation, sont utilisées soit pour réaliser un positionnement mécanique substrat/masque (ou cadre), soit de préférence pour un alignement dynamique via à un système de vision. Les phénomènes de dilatation différentielle qu'entraînent les dépôts PECVD et PVD réalisés dans la gamme 150 à 200 C, sont également pris en compte, notamment en veillant à réaliser les masques avec les mêmes matériaux.
Dans les procédés décrits, les masques sont conçus de sorte que la largeur des ponts de matière, c'est-à-dire la dimension des portions de matière du masque entre deux ouvertures, est au moins égale à l'épaisseur du masque au niveau de cette zone. Plus la longueur des ponts de matière est importante, plus le nombre de ponts par unité de longueur est important afin d'assurer une bonne tenue mécanique de ces ponts de matière.
Dans les exemples décrits précédemment, les deux électrodes de la cellule photovoltaïque sont réalisées à partir de portions disjointes de matériau semi-conducteur amorphe dopé. Dans une variante, il est possible qu'une seule électrode soit formée ainsi.
L'autre électrode peut alors n'être formée que d'une simple piste conductrice, par exemple à base de métal tel que de l'aluminium, déposée directement sur la couche de silicium amorphe intrinsèque. Avantageusement, l'électrode réalisée à partir de portions disjointes de semi-conducteur amorphe dopé est l'électrode formant l'émetteur de la cellule photovoltaïque.
Claims (31)
1. Dispositif photovoltaïque (100, 200, 300), comportant : - un substrat (204) à base d'un matériau semi-conducteur cristallin, - une première électrode comportant au moins une hétérojonction réalisée sur une face (202), appelée face arrière, du substrat (204), cette hétérojonction comportant une couche (104, 208, 306) à base d'un matériau semiconducteur amorphe dopé, - une seconde électrode , la première et la seconde électrodes étant disposées sur la face arrière (202) du substrat (204) selon un motif de peignes interdigités, et la couche (104, 208, 306) comportant une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé distinctes et espacées les unes des autres.
2. Dispositif (100, 200, 300) selon la revendication 1, la première électrode formant un émetteur du dispositif photovoltaïque (100, 200, 300).
3. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une couche (102, 206) à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque disposée entre le substrat (204) et la couche (104, 208, 306) de semi-conducteur amorphe dopé.30
4. Dispositif (100, 200, 300) selon la revendication 3, la seconde électrode comportant au moins une métallisation réalisée sur la couche (102, 206) à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque.
5. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications 1 à 4, les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé étant de forme sensiblement rectangulaire. 10
6. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications 1 à 3, la couche (104, 208, 306) de la première électrode, appelée première couche, étant à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un 15 premier type de conductivité, la seconde électrode comportant au moins une hétérojonction comprenant une seconde couche (106, 210, 308) à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un second type de conductivité. 20
7. Dispositif (100, 200, 300) selon la revendication 6, comportant en outre au moins une couche (102, 206) à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque disposée entre le substrat (204) et les 25 première (104, 208, 306) et seconde (106, 210, 308) couches de semi-conducteur amorphe dopé.
8. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications 6 ou 7, la seconde couche (106, 210, 30 308) comportant une pluralité de portions du matériau5semi-conducteur dopé du second type de conductivité distinctes et espacées les unes des autres.
9. Dispositif (100, 200, 300) selon la revendication 8, les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé étant de forme sensiblement rectangulaire.
10. Dispositif (100, 200, 300) selon la revendication 9, les dimensions en longueur et en largeur des portions de matériau semi-conducteur dopé du premier type de conductivité étant différentes de celles des portions de matériau semi-conducteur dopé du second type de conductivité.
11. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications précédentes, les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité étant isolées les unes des autres par des portions de matériau isolant (108, 212) disposées au moins entre lesdites portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé.
12. Dispositif (200) selon la revendication 11, les portions de matériau isolant (212) étant également disposées partiellement sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé.
13. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications précédentes, les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type deconductivité étant reliées électriquement entre elles par des métallisations (110, 112, 216, 218, 302, 304) réalisées sur lesdites portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé.
14. Dispositif (100, 200) selon la revendication 13, les métallisations (110, 112, 216, 218) réalisées sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité étant formées par une portion continue à base d'un matériau conducteur.
15. Dispositif (300) selon la revendication 13, les métallisations (302, 304) réalisées sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité comportant des portions d'un matériau conducteur distinctes et espacées les unes des autres.
16. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications 13 à 15, comportant en outre au moins une couche (214) à base d'au moins un matériau conducteur disposée entre les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé et les métallisations (110, 112, 216, 218, 302, 304).
17. Dispositif (100, 200, 300) selon la revendication 16, ledit matériau conducteur de la couche (214) étant un oxyde transparent conducteur tel que de l'ITO, et/ou un métal.
18. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications 16 ou 17, la couche conductrice (214) comportant des portions du matériau conducteur distinctes et espacées les unes des autres, de forme sensiblement similaire à celle des portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé, et disposées sensiblement au niveau des portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé.
19. Dispositif (100, 200, 300) selon l'une des revendications précédentes, ledit dispositif (100, 200, 300) étant une cellule photovoltaïque à hétérojonctions et à contacts arrières.
20. Procédé de réalisation d'un dispositif photovoltaïque (100, 200, 300), comportant au moins les étapes de : - réalisation d'une première électrode, comprenant au moins une étape de dépôt, sur une face (202) appelée face arrière d'un substrat (204) à base d'un matériau semi-conducteur cristallin, d'une couche (104, 208, 306) à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, formant une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé distinctes et espacées les unes des autres, réalisation d'une seconde électrode, les première (104, 208, 306) et seconde électrodes étant disposées sur la face arrière (202) du substrat (204) selon un motif de peignes interdigités.
21. Procédé selon la revendication 20, comportant en outre, avant la réalisation de la première électrode, une étape de dépôt d'une couche (102, 206) a base de semi-conducteur amorphe intrinsèque sur la face arrière (202) du substrat (204), la couche (104, 208, 306) à base du matériau semi-conducteur amorphe dopé étant déposée sur la couche de semi-conducteur amorphe intrinsèque, la réalisation de la seconde électrode comportant une étape de dépôt d'au moins une métallisation sur la couche (102, 206) de semi-conducteur amorphe intrinsèque.
22. Procédé selon la revendication 20, la couche (104, 208, 306), appelée première couche, étant à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un premier type de conductivité, la réalisation de la seconde électrode comportant une étape de dépôt d'une seconde couche (106, 210, 308) à base d'un matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un second type de conductivité sur la face arrière (202) du substrat (204).
23. Procédé selon la revendication 22, comportant en outre, avant la réalisation de la première électrode, une étape de dépôt d'une couche (102, 206) à base de semi-conducteur amorphe intrinsèque sur la face arrière (202) du substrat (204).30
24. Procédé selon la revendication 23, le dépôt de la seconde couche (106, 210, 308) à base du matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité étant obtenue par le dépôt du matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité à travers un second masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, formant une pluralité de portions du matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité distinctes et espacées les unes des autres.
25. Procédé selon l'une des revendications 20 à 24, comportant en outre, après la réalisation de la première et/ou de la seconde électrode, une étape de dépôt, au moins entre les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité, à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, d'un matériau isolant (108, 212).
26. Procédé selon l'une des revendications 20 à 24, comportant en outre, avant la réalisation de la première électrode, une étape de dépôt d'un matériau isolant (108, 212) à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, destiné à former des portions de matériau isolant (108, 212) au moins entre lesdites portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité.
27. Procédé selon la revendication 25, l'étape de dépôt du matériau isolant (108, 212) entrelesdites portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité réalisant également le dépôt du matériau isolant partiellement sur les portions de matériau semi-conducteur dopé.
28. Procédé selon l'une des revendications 20 à 27, comportant en outre, après la réalisation de la première et/ou de la seconde électrode, une étape de dépôt sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité, à travers un masque dont le motif comporte des ouvertures discontinues, de portions d'au moins un matériau conducteur (214).
29. Procédé selon la revendication 28, les portions de matériau conducteur (214) étant déposées sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé à travers le masque utilisé pour le dépôt de la couche (104, 208, 306) de matériau semi-conducteur amorphe dopé de la première électrode et, lorsque la seconde électrode comporte une seconde couche (106, 210, 308) de matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité déposée à travers le second masque, les portions de matériau conducteur (214) étant déposées sur les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé du second type de conductivité à travers le second masque.
30. Procédé selon l'une des revendications 30 20 à 29, comportant en outre une étape de réalisation de métallisations (110, 112, 216, 218, 302, 304) surles portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé, reliant électriquement les portions de matériau semi-conducteur amorphe dopé d'un même type de conductivité entre elles.
31. Procédé selon la revendication 30, la réalisation des métallisations (110, 112, 216, 218, 302, 304) étant obtenue par le dépôt d'un matériau conducteur à travers un masque comportant des ouvertures discontinues, formant des portions de matériau conducteur distinctes et espacées les unes des autres.
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