FR3021808A1 - IMPROVED METHOD FOR PRODUCING A SOLAR CELL WITH TRANSPARENT OXIDE REGIONS OF MODIFIED CONDUCTIVITY - Google Patents
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Abstract
Réalisation d'une cellule solaire dans lequel on effectue un traitement thermique localisé à l'aide d'un rayonnement lumineux sur une ou plusieurs régions superficielles (14b) d'une couche d'oxyde transparent conducteur de sorte à rendre ces régions (14b) davantage conductrices et à permettre ultérieurement une réalisation sélective de contacts sur ces régions.Realization of a solar cell in which a localized heat treatment is carried out by means of light radiation on one or more surface regions (14b) of a transparent conductive oxide layer so as to render these regions (14b) more conducive and subsequently allow selective realization of contacts on these regions.
Description
1 PROCEDE AMELIORE DE REALISATION D'UNE CELLULE SOLAIRE DOTEE DE REGIONS D'OXYDE TRANSPARENT DE CONDUCTIVITE MODIFIEE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention a trait au domaine des cellules photovoltaïques encore appelées cellules solaires et de leur fabrication. Elle s'applique notamment à la réalisation, pour de telles cellules, de contacts métalliques localisés et formés sur au moins une couche de matériau conducteur transparent conducteur (OTC). Une cellule photovoltaïque est généralement dotée de contacts métalliques servant à collecter le courant produit par la cellule et permettant de connecter cette cellule à d'autres cellules. Ces contacts métalliques peuvent être obtenus par exemple par sérigraphie d'une pâte conductrice, ou par évaporation ou par pulvérisation d'un métal ou encore par dépôt électrolytique de métal.TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART The present invention relates to the field of photovoltaic cells also called solar cells and their manufacture. It applies in particular to the realization, for such cells, localized metal contacts and formed on at least one layer of conductive transparent conductive material (OTC). A photovoltaic cell is generally provided with metal contacts for collecting the current produced by the cell and for connecting this cell to other cells. These metal contacts can be obtained for example by screen printing a conductive paste, or by evaporation or by spraying a metal or by electrolytic deposition of metal.
Ce dernier type de procédé a notamment pour avantage de permettre, à faible coût, de former des zones de contact à haut rapport d'aspect (rapport de la largeur de ces zones par leur épaisseur) et en particulier de réaliser des zones de contact de faible largeur ce qui permet de limiter l'ombrage occasionné par les contacts tout en conservant une épaisseur suffisante pour permettre d'assurer une bonne conductivité.This last type of process has the particular advantage of enabling, at low cost, to form contact zones with a high aspect ratio (ratio of the width of these zones by their thickness) and in particular to make contact zones of low width which limits the shading caused by the contacts while maintaining a sufficient thickness to ensure good conductivity.
Pour réaliser des contacts par dépôt électrolytique sur des régions localisées d'une surface conductrice de la cellule, une solution consiste à former un masquage isolant ajouré sur cette surface et à faire croitre les zones de contact sur des régions de cette surface qui ne sont pas recouvertes par le masquage. La réalisation d'un tel masquage peut s'avérer couteuse à mettre en oeuvre. Par ailleurs, dans le cas où le matériau du masquage isolant n'est pas transparent, une étape supplémentaire de retrait du masquage est généralement nécessaire.In order to make contacts by electrolytic deposition on localized regions of a conductive surface of the cell, one solution consists in forming a perforated insulating mask on this surface and in increasing the contact areas on regions of this surface which are not exposed. covered by masking. The realization of such masking can be expensive to implement. On the other hand, in the case where the material of the insulating masking is not transparent, an additional step of removing the masking is generally necessary.
3021808 2 Certaines cellules photovoltaïques comportent une couche d'Oxyde Transparent Conducteur (OTC) utilisé comme matériau de contact et sur lequel les zones de contact métalliques sont formées. Le document W02011115206 Al donne un exemple de procédé de 5 réalisation de contacts pour un tel type de cellule photovoltaïque. Dans ce procédé, on forme une couche isolante transparente sur la couche d'oxyde transparent conducteur, puis on réalise une ablation de certaines zones de la couche isolante par exemple à l'aide d'un laser pour former des ouvertures dévoilant la couche d'oxyde transparent conducteur. On forme ensuite les contacts dans ces ouvertures.Some photovoltaic cells have a layer of Transparent Conductive Oxide (OTC) used as a contact material and on which the metal contact areas are formed. WO2011115206 A1 gives an example of a method of making contacts for such a type of photovoltaic cell. In this process, a transparent insulating layer is formed on the transparent conductive oxide layer, then some areas of the insulating layer are ablated, for example with the aid of a laser, to form openings revealing the layer of transparent conductive oxide. The contacts are then formed in these openings.
10 L'étape d'ablation peut dégrader les matériaux situés sous la couche d'oxyde transparent conducteur ce qui peut entrainer alors une diminution des performances de la cellule. Par conséquent, il existe un besoin réel de réaliser une cellule photovoltaïque dotée d'au moins une couche d'oxyde transparent, qui soit susceptible 15 d'être fabriquée à l'aide d'un procédé ayant un nombre réduit d'étapes, qui soit moins couteux, et soit amélioré vis-à-vis d'inconvénients mentionnés ci-dessus. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention vise notamment à résoudre ces problèmes. Selon un aspect, la présente invention prévoit un procédé de réalisation 20 d'une cellule photovoltaïque, comprenant des étapes consistant à : a) former sur un support semi-conducteur dans lequel au moins une jonction est apte à être réalisée : une première couche à base d'oxyde transparent conducteur ayant une première résistivité, la première couche étant recouverte d'une deuxième couche à base d'oxyde transparent de deuxième résistivité supérieure à 25 la première résistivité, b) effectuer un traitement thermique localisé à l'aide d'un rayonnement lumineux appliqué sur une ou plusieurs régions de la deuxième couche, ledit traitement étant adapté de sorte à diminuer la résistivité des régions et à rendre ces régions davantage conductrices.The ablation step may degrade the materials beneath the transparent conductive oxide layer which may then cause a decrease in cell performance. Therefore, there is a real need for a photovoltaic cell having at least one transparent oxide layer, which is capable of being manufactured using a process having a reduced number of steps, which is less expensive, and is improved vis-à-vis disadvantages mentioned above. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention aims in particular to solve these problems. According to one aspect, the present invention provides a method for producing a photovoltaic cell, comprising the steps of: a) forming on a semiconductor medium in which at least one junction is capable of being produced: a first layer to a transparent conductive oxide base having a first resistivity, the first layer being covered with a second transparent oxide-based layer of second resistivity greater than the first resistivity, b) performing a localized heat treatment with the aid of a light radiation applied to one or more regions of the second layer, said treatment being adapted to decrease the resistivity of the regions and to make these regions more conductive.
3021808 3 La jonction peut être de type PN. A l'issue de l'étape b), les régions traitées peuvent avoir une résistivité entre dix et mille fois inférieure à celle du reste de l'oxyde transparent de la deuxième couche (i.e. entre 10 et 1000 inférieure à la deuxième résistivité) et avantageusement 5 entre dix et cent fois inférieure. La première résistivité peut être inférieure à 10-3 Ohm*cm L'oxyde transparent de deuxième résistivité est de préférence résistif ou de faible conductivité. Par faible conductivité ou résistif on entend en particulier une résistivité supérieure à 1E-2 ou 10-2 Ohm*cm.The junction may be PN type. At the end of step b), the treated regions may have a resistivity between ten and a thousand times lower than that of the remainder of the transparent oxide of the second layer (ie between 10 and 1000 less than the second resistivity) and advantageously between ten and a hundred times lower. The first resistivity may be less than 10-3 Ohm * cm. The second resistivity transparent oxide is preferably resistive or of low conductivity. By low conductivity or resistive is meant in particular a resistivity greater than 1E-2 or 10-2 Ohm * cm.
10 Les régions formées à l'étape b) ont une résistivité inférieure à 10-3 Ohm*cm et qui peut être de l'ordre de la première résistivité. Selon une possibilité de mise en oeuvre, l'oxyde transparent de la première couche peut être choisi à base de l'un des matériaux suivants : ITO, 10, ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, Sn02:F, IWO, 10:Ce.The regions formed in step b) have a resistivity of less than 10-3 ohm * cm and may be of the order of the first resistivity. According to one possible embodiment, the transparent oxide of the first layer may be chosen based on one of the following materials: ITO, 10, ZnO: Al, ZnO: B, ZnO: Ga, SnO 2: F, IWO , 10: This.
15 Selon une possibilité de mise en oeuvre, l'oxyde transparent de la deuxième couche peut être choisi à base de l'un des matériaux suivants : ITO, 10, ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, Sn02:F, IWO, 10:Ce. Le traitement thermique effectué est localisé dans une ou plusieurs des couches d'oxyde transparent et n'entraine pas de dégradation dommageable de 2 0 matériaux sous cette ou ces couches d'oxyde transparent. Un laser est particulièrement adapté pour effectuer un tel traitement localisé. L'épaisseur des couches d'oxydes ainsi que l'intensité du rayonnement peuvent être également prévues pour empêcher une dégradation de zones situées sous 25 les couches d'oxyde transparent. Avantageusement, le traitement localisé est effectué par le biais d'un laser à excimère. Des conditions de traitement laser avec une fluence comprise entre 100 et 500 mJ/cm2 et des impulsions de durée comprise entre 10 et 200 ns sont 3021808 4 particulièrement adaptées pour des couches d'oxyde de l'ordre de plusieurs dizaines de nanomètres. Après avoir modifié la conductivité desdites régions superficielles, une prise de contact sur lesdites régions de conductivité modifiée par le traitement à l'étape 5 b) peut être ensuite être réalisée. Ainsi, le procédé peut comprendre après l'étape b) : une étape consistant à former une ou plusieurs zones de contact(s) métallique(s) sur lesdites régions. Du fait de la différence de résistivité entres les régions traitées et des 10 zones non traitées de la deuxième couche à l'étape b), une réalisation sélective de contacts peut être effectué sur les régions superficielles. Par formation sélective on entend que les zones de contacts sont formées en regard des régions de conductivité modifiée et ne recouvrent pas totalement la deuxième couche.According to one possible embodiment, the transparent oxide of the second layer may be chosen based on one of the following materials: ITO, 10, ZnO: Al, ZnO: B, ZnO: Ga, SnO2: F, IWO, 10: This. The heat treatment performed is located in one or more of the transparent oxide layers and does not cause damaging degradation of materials under this or these transparent oxide layers. A laser is particularly suitable for performing such a localized treatment. The thickness of the oxide layers as well as the intensity of the radiation may also be provided to prevent degradation of areas beneath the transparent oxide layers. Advantageously, the localized treatment is carried out by means of an excimer laser. Laser processing conditions with a fluence of between 100 and 500 mJ / cm 2 and pulses of duration between 10 and 200 ns are particularly suitable for oxide layers of the order of several tens of nanometers. After modifying the conductivity of said surface regions, a contacting on said modified conductivity regions by the treatment in step 5 b) can then be performed. Thus, the method may comprise after step b): a step of forming one or more contact zones (s) metal (s) on said regions. Due to the difference in resistivity between the treated regions and the untreated zones of the second layer in step b), a selective realization of contacts can be performed on the surface regions. Selective formation means that the contact zones are formed opposite the regions of modified conductivity and do not completely cover the second layer.
15 Selon une possibilité de mise en oeuvre du procédé, la formation sélective des zones de contact métallique(s) comprend un dépôt électrolytique. La formation des zones de contact(s) métallique(s) peut comprendre un dépôt par jet d'encre d'une couche métallique préalablement au dépôt électrolytique. Selon une possibilité de mise en oeuvre, pour former la première couche 20 d'oxyde transparent et la deuxième couche d'oxyde transparent de deuxième résistivité, on dépose la première couche sous un premier débit en oxygène, tandis que la deuxième couche est déposée sous un deuxième débit en oxygène plus important que le premier débit. Un mode de réalisation particulier prévoit que la première couche et la 25 deuxième couche sont des sous-couches d'une couche d'oxyde transparent conducteur comportant un gradient de concentration en oxygène dans son épaisseur, la concentration en oxygène étant d'autant plus importante que l'on s'éloigne du support semi-conducteur. Un procédé tel que défini plus haut s'applique en particulier à la mise en oeuvre d'une cellule photovoltaïque du type à hétérojonction. Dans ce cas, le support 3021808 5 semi-conducteur peut être formé d'un substrat à base de matériau semi-conducteur cristallin, par exemple le silicium, accolé à au moins une couche semi-conductrice à base d'un matériau semi-conducteur amorphe ou ayant un arrangement cristallographique différent de celui du matériau semi-conducteur cristallin du substrat.According to one possibility of carrying out the process, the selective formation of the metal contact zones (s) comprises an electrolytic deposition. The formation of the metal contact areas may comprise an ink jet deposition of a metal layer prior to the electrolytic deposition. According to one possible embodiment, to form the first transparent oxide layer 20 and the second transparent second resistivity oxide layer, the first layer is deposited under a first oxygen flow, while the second layer is deposited under a second oxygen flow rate greater than the first flow rate. A particular embodiment provides that the first layer and the second layer are sub-layers of a conductive transparent oxide layer having an oxygen concentration gradient in its thickness, the oxygen concentration being all the more important. that one moves away from the semiconductor support. A method as defined above applies in particular to the implementation of a photovoltaic cell of the heterojunction type. In this case, the semiconductor substrate 30 may be formed of a substrate based on crystalline semiconductor material, for example silicon, bonded to at least one semi-conductor layer based on a semiconductor material. amorphous or having a crystallographic arrangement different from that of the crystalline semiconductor material of the substrate.
5 Ce procédé peut également s'appliquer à une cellule photovoltaïque de type homo-jonction. Dans ce cas, le support semi-conducteur peut être formé d'un substrat à base de matériau semi-conducteur cristallin tel que le silicium et comportant des régions dopées de types différents pour former la jonction p/n. Selon un autre aspect, la présente invention prévoit une cellule 10 photovoltaïque comprenant : - un support semi-conducteur dans lequel au moins une jonction est apte à être réalisée, - une première couche à base d'au moins un matériau oxyde transparent de première résistivité, la première couche étant recouverte d'une deuxième 15 couche à base d'au moins un matériau oxyde transparent de deuxième résistivité supérieure à celle du matériau oxyde transparent de la première couche, la deuxième couche comportant une ou plusieurs régions de résistivité inférieure à la deuxième résistivité. La cellule peut comprendre en outre une ou plusieurs zones de 20 contact(s) métallique(s) sur lesdites régions. Lesdites régions peuvent avoir une résistivité entre dix et mille fois inférieure à celle du reste de l'oxyde transparent de la deuxième couche (i.e. entre 10 et 1000 inférieure à la deuxième résistivité) et avantageusement entre dix et cent fois inférieure.This method can also be applied to a photovoltaic cell of homo-junction type. In this case, the semiconductor support may be formed of a substrate based on crystalline semiconductor material such as silicon and having doped regions of different types to form the p / n junction. According to another aspect, the present invention provides a photovoltaic cell comprising: a semiconductor support in which at least one junction is capable of being produced; a first layer based on at least one transparent oxide material of first resistivity the first layer being covered with a second layer based on at least one transparent oxide material having a second resistivity greater than that of the transparent oxide material of the first layer, the second layer comprising one or more regions of resistivity lower than the second resistivity. The cell may further comprise one or more metal contact areas on said regions. Said regions may have a resistivity between ten and a thousand times lower than that of the remainder of the transparent oxide of the second layer (i.e. between 10 and 1000 less than the second resistivity) and advantageously between ten and a hundred times lower.
25 Lesdites régions ont une résistivité inférieure à 10-3 Ohm*cm et qui peut être de l'ordre de la première résistivité. La première résistivité peut être inférieure à 10-3 Ohm*cm. L'oxyde transparent de deuxième résistivité est de préférence résistif ou de faible conductivité. Par faible conductivité ou résistif on entend en particulier une 30 résistivité supérieure à 10-2 Ohm*cm.Said regions have a resistivity of less than 10-3 ohm * cm and which may be of the order of the first resistivity. The first resistivity may be less than 10-3 Ohm * cm. The second resistivity transparent oxide is preferably resistive or of low conductivity. By low conductivity or resistive is meant in particular a resistivity greater than 10-2 Ohm * cm.
3021808 6 Le support semi-conducteur peut comprendre un substrat à base de matériau semi-conducteur cristallin accolé à au moins une couche semi-conductrice à base d'un matériau semi-conducteur amorphe ou ayant un arrangement cristallographique différent de celui du matériau semi-conducteur cristallin du substrat.The semiconductor medium may comprise a substrate based on crystalline semiconductor material bonded to at least one semiconductor layer based on an amorphous semiconductor material or having a crystallographic arrangement different from that of the semi-conducting material. crystalline conductor of the substrate.
5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description suivante et en référence aux dessins annexés, donnés à titre uniquement illustratif et nullement limitatifs. Les figures 1A-1C illustrent des étapes d'un premier exemple de procédé 10 de réalisation d'une cellule solaire selon un mode de réalisation de l'invention et dans lequel on vient modifier la conductivité de régions d'oxyde transparent conducteur par le biais d'un traitement thermique à l'aide d'un rayonnement lumineux ; La figure 1D illustre une formation sélective de zones de contact pour une cellule solaire sur des régions d'oxyde transparent conducteur dont on a modifié la 15 conductivité ; La figure 2 illustre une réalisation de contacts métalliques pour cellule solaire, les contacts étant formés de plusieurs couches métalliques réalisées par dépôts successifs sur des régions d'oxyde transparent conducteur dont on a modifié la conductivité ; 20 Les figures 3A-3B illustrent une variante du premier exemple de procédé de réalisation dans lequel les régions dont on vient modifier la conductivité sont des régions d'une couche d'oxyde transparent comportant un gradient de conductivité ; Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à 25 l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the following description and with reference to the appended drawings, given solely by way of illustration and in no way limiting. FIGS. 1A-1C illustrate steps of a first example of a method 10 for producing a solar cell according to one embodiment of the invention and in which the conductivity of conductive transparent oxide regions is modified by means of a heat treatment using a light radiation; Figure 1D illustrates selective formation of contact areas for a solar cell on conductive transparent oxide regions whose conductivity has been changed; FIG. 2 illustrates an embodiment of metal contacts for a solar cell, the contacts being formed of several metal layers made by successive deposits on conductive transparent oxide regions whose conductivity has been modified; FIGS. 3A-3B illustrate a variant of the first exemplary embodiment method in which the regions whose conductivity has just been modified are regions of a transparent oxide layer comprising a conductivity gradient; Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same numerical references so as to facilitate the passage from one figure to the other. The different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
3021808 7 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque ou cellule solaire va à présent être décrit en liaison avec les figures 1A-1D. Le matériau de départ de ce procédé peut être un substrat 1 à base de 5 matériau semi-conducteur cristallin tel que par exemple du Si cristallin. Le substrat 1 peut être dopé selon un premier type de dopage, par exemple de type N. Dans le cas où la cellule photovoltaïque réalisée est une cellule à hétéro-jonction, le substrat 1 peut comporter sur une première face A une couche semiconductrice 6 à base d'un matériau semi-conducteur ayant un arrangement 10 cristallographique différent de celui du matériau semi-conducteur cristallin du substrat 1. Cette couche semi-conductrice 6 peut être à base de matériau semi-conducteur amorphe tel que par exemple du Si amorphe hydrogéné intrinsèque (a-:Si :H (i) ). La couche semiconductrice 6 peut être elle-même recouverte d'une autre couche semi-conductrice 7 à base de matériau semi-conducteur amorphe tel que par exemple du Si amorphe 15 hydrogéné dopé selon un deuxième type de dopage, par exemple de type P (a-Si :H (p) ). Le substrat 1 peut également comporter sur une deuxième face B opposée à la première face A, une couche semi-conductrice 6 à base d'un matériau semiconducteur ayant un arrangement cristallographique différent de celui du matériau semiconducteur cristallin du substrat 1. Cette couche semi-conductrice 8 peut être à base de 20 matériau semi-conducteur amorphe tel que par exemple du Si amorphe hydrogéné intrinsèque (a-Si :H (i)). La couche semi-conductrice 8 peut être elle-même recouverte d'une autre couche semi-conductrice 9 à base de matériau semi-conducteur amorphe tel que par exemple du Si amorphe hydrogéné dopé selon un premier type de dopage, par exemple de type N, (a-Si :H (N)). Les couches semi-conductrices amorphes 6, 7, 8 et 9 25 peuvent être formées par exemple par une technique de dépôt chimique en phase vapeur assistée par plasma (PECVD). Le substrat semi-conducteur 1 recouvert des couches semi-conductrices amorphes 6, 7, 8 et 9 forme un support semi-conducteur qui peut être également constituer le matériau de départ du procédé.DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS An example of a method of manufacturing a photovoltaic cell or solar cell will now be described in connection with FIGS. 1A-1D. The starting material of this process may be a substrate 1 based on crystalline semiconductor material such as, for example, crystalline Si. The substrate 1 may be doped according to a first type of doping, for example of the N type. In the case where the photovoltaic cell produced is a heterojunction cell, the substrate 1 may comprise on a first face A a semiconductor layer 6 to base of a semiconductor material having a crystallographic arrangement different from that of the crystalline semiconductor material of the substrate 1. This semiconductor layer 6 may be based on amorphous semiconductor material such as, for example, hydrogenated amorphous Si intrinsic (a-: Si: H (i)). The semiconductor layer 6 may itself be covered with another semiconductor layer 7 based on amorphous semiconductor material such as, for example, hydrogenated amorphous Si doped with a second type of doping, for example of P type ( a-Si: H (p)). The substrate 1 may also comprise, on a second face B opposite to the first face A, a semiconductor layer 6 based on a semiconductor material having a crystallographic arrangement different from that of the crystalline semiconductor material of the substrate 1. This semiconductor layer Conductor 8 may be based on amorphous semiconductor material such as, for example, intrinsic hydrogenated amorphous Si (a-Si: H (i)). The semiconductor layer 8 may itself be covered with another semiconductor layer 9 based on amorphous semiconductor material such as, for example, hydrogenated amorphous Si doped according to a first type of doping, for example of the N type. , (a-Si: H (N)). The amorphous semiconductor layers 6, 7, 8 and 9 may be formed for example by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique. The semiconductor substrate 1 covered with amorphous semiconductor layers 6, 7, 8 and 9 forms a semiconductor substrate which may also be the starting material of the process.
3021808 8 On rapporte ensuite du côté de la première face A du substrat 1 une première couche 12 à base d'oxyde transparent conducteur 13 (figure 1A). L'oxyde transparent conducteur 13 peut avoir une transmittance élevée par exemple d'au moins 80% dans le domaine de la lumière visible (de 400 nm à 800 nm).On the side of the first face A of the substrate 1, a first layer 12 based on transparent conductive oxide 13 is then reported (FIG. 1A). The transparent conductive oxide 13 may have a high transmittance, for example at least 80% in the visible light range (from 400 nm to 800 nm).
5 L'oxyde transparent conducteur 13 a de préférence une faible résistivité, en particulier une résistivité inférieure à 1E-3 ou 10-3 Ohm*cm. L'oxyde transparent conducteur 13 peut être par exemple à base d'oxyde d'indium dopé à l'(In02:Sn) communément appelé ITO (pour « Indium tin oxide »), ou à base d'Oxyde d'Indium (10), ou à base d'oxyde de Zinc dopé, par exemple à 10 l'aluminium (ZnO:A1) ou au Bore (ZnO:B), ou au Gallium (ZnO:Ga), ou à base d'Oxyde d'Etain dopé au fluor (Sn02:F), ou à base d'oxyde d'Indium dopé au tungstène (IWO), ou à base d'oxyde d'Indium dopé au Cérium (10:Ce), La première couche 12 a une épaisseur qui peut être comprise par exemple entre 20 nm et 80 nm, avantageusement entre 20 nm et 50 nm. La première 15 couche 12 peut être formée par dépôt physique en phase vapeur (PVD pour « Physical Vapor Deposition »), et en particulier par pulvérisation cathodique. Un exemple de conditions de dépôt prévoit une température de chambre de dépôt de l'ordre de 200°C, de puissance appliquée sur la cible de 2kW, un débit de 02 de l'ordre de 4 cm3 par minute. Avec de telles conditions, on peut obtenir par 20 exemple une première couche 12 à base d'ITO de résistivité de l'ordre de 6E-4 Ohm-cm. Le débit de 02 peut être adapté en fonction de la concentration en oxygène que l'on souhaite obtenir dans l'oxyde transparent. La résistivité que l'on souhaite conférer au matériau oxyde transparent est d'autant plus élevée que cette concentration est importante.The conductive transparent oxide 13 preferably has a low resistivity, particularly a resistivity of less than 1E-3 or 10-3 Ohm * cm. The transparent conductive oxide 13 may for example be based on indium oxide doped with (InO 2: Sn) commonly known as ITO (for "Indium tin oxide"), or based on Indium oxide (10 ), or based on doped Zinc oxide, for example with aluminum (ZnO: Al) or with Boron (ZnO: B), or with Gallium (ZnO: Ga), or with a base of Oxide of Fluorine-doped tin (SnO2: F), or based on tungsten doped indium oxide (IWO), or based on cerium-doped Indium oxide (10: Ce), the first layer 12 has a thickness which may be for example between 20 nm and 80 nm, preferably between 20 nm and 50 nm. The first layer 12 may be formed by physical vapor deposition (PVD for "Physical Vapor Deposition"), and in particular by sputtering. An example of deposition conditions provides a deposition chamber temperature of the order of 200 ° C, power applied to the target of 2kW, a flow rate of O 2 of the order of 4 cm3 per minute. With such conditions, it is possible to obtain for example a first layer 12 based on ITO with a resistivity of about 6E-4 Ohm-cm. The flow rate of O 2 can be adapted according to the oxygen concentration that it is desired to obtain in the transparent oxide. The resistivity that one wishes to confer on the transparent oxide material is all the higher as this concentration is important.
25 Ensuite, on réalise sur la première couche 12 une deuxième couche 14 à base d'oxyde transparent 15 (figure 1B). L'oxyde transparent 15 est prévu avec une résistivité supérieure à celle de l'oxyde transparent conducteur 13. L'oxyde transparent 15 de la deuxième couche 14 est résistif, ou a une faible conductivité, en particulier une résistivité supérieure à 10-2 Ohm*cm et de 3021808 9 préférence entre dix et une ou plusieurs centaine(s) de fois celle de l'oxyde 13 de la première couche 12. L'oxyde transparent 15 peut être par exemple à base d'ITO, ou d'IO, ou de ZnO:Al ou de ZnO:B, ou de ZnO:Ga, ou de Sn02:F, ou d'IWO, ou (10:Ce).Then, on the first layer 12, a second layer 14 based on transparent oxide 15 is produced (FIG. 1B). The transparent oxide 15 is provided with a higher resistivity than that of the transparent conductive oxide 13. The transparent oxide 15 of the second layer 14 is resistive, or has a low conductivity, in particular a resistivity greater than 10 -2 Ohm * cm and preferably between ten and one or more hundred times that of the oxide 13 of the first layer 12. The transparent oxide 15 may be for example based on ITO, or IO or ZnO: Al or ZnO: B, or ZnO: Ga, or SnO2: F, or IWO, or (10: Ce).
5 Selon une possibilité de mise en oeuvre, l'oxyde transparent 13 et l'oxyde transparent conducteur 15 peuvent être à base de matériaux semblables mais avec des résistivités différentes, la variation de résistivité pouvant être due à des niveaux de dopage différents. L'oxyde transparent 13 et l'oxyde transparent conducteur 15 peuvent être par exemple à base d'ITO mais avec des dopages respectifs en étain 10 différents. La deuxième couche 14 a une épaisseur qui peut être par exemple comprise entre 20 nm et 80 nm, avantageusement entre 50 nm et 80 nm , et peut être également formée par dépôt PVD. De manière avantageuse, on souhaite obtenir une épaisseur du bicouche 12 et 14 compris entre 70 et 120 nm.According to one possible embodiment, the transparent oxide 13 and the transparent conductive oxide 15 may be based on similar materials but with different resistivities, the variation in resistivity may be due to different doping levels. The transparent oxide 13 and the transparent conductive oxide 15 may for example be based on ITO but with respective doping of tin 10 different. The second layer 14 has a thickness which may for example be between 20 nm and 80 nm, advantageously between 50 nm and 80 nm, and may also be formed by PVD deposition. Advantageously, it is desired to obtain a thickness of the bilayer 12 and 14 of between 70 and 120 nm.
15 Avec des conditions de dépôt par exemple telles qu'une température de chambre de dépôt de l'ordre de 200°C, de puissance appliquée sur la cible de 2kW, un débit de 02 de 15 cm3 par minute, on peut former une deuxième couche 14 à base d'ITO de résistivité de l'ordre de 1E-2 Ohm-cm. Une méthode pour réaliser un oxyde transparent 15 de résistivité 20 supérieure à celle de l'oxyde transparent 13, consiste à prévoir un débit de dioxygène supérieur au débit de dioxygène prévu lors de la réalisation de la première couche 12. On peut ainsi réaliser des oxydes transparent 13 et 15 de même type, par exemple à base d'ITO, mais ayant des concentrations en oxygène différentes. On peut ainsi avantageusement réaliser des oxydes transparents 13 et 15 de composition différentes 25 dans un même chambre de dépôt. Les oxydes transparents 13 et 15 obtenus, bien que pouvant être de même type, par exemple tous les deux à base d'ITO mais avec des concentrations en oxygène différentes ont des morphologies différentes et en particulier des tailles de grains respectives différentes. Cette différence de morphologie est observable par 3021808 10 exemple par Microscope électronique à balayage (MEB) ou TEM (microscope électronique à transmission). Ensuite, on modifie la conductivité d'une ou plusieurs régions déterminées 14b de l'empilement de couches 12 et 14, et en particulier de la deuxième 5 couche 14 superficielle. Cette modification est ici effectuée par le biais d'un traitement thermique à l'aide d'un rayonnement lumineux, le traitement étant est apte à modifier la structure cristalline de l'oxyde transparent 15 afin de le rendre davantage conducteur (figure 1C) . Ce traitement est avantageusement réalisé à l'aide d'un laser qui 10 permet un traitement localisé, précis, et sans nécessairement devoir utiliser un masque. L'exposition au laser peut être réalisée de sorte que les régions 14b dont on augmente la conductivité ont une épaisseur el (mesurée parallèlement au vecteur z du repère orthogonal [O ;x ;y ;z] donné sur la figure 1C) au moins égale à l'épaisseur de la deuxième couche 14.With deposition conditions, for example such that a deposition chamber temperature of the order of 200 ° C., a power applied to the target of 2 kW, a flow rate of 15 cm.sup.3 per minute, it is possible to form a second layer 14 based on ITO resistivity of the order of 1E-2 Ohm-cm. One method for producing a transparent oxide 15 with a higher resistivity than that of the transparent oxide 13 is to provide a flow rate of oxygen greater than the flow rate of oxygen expected during the production of the first layer 12. It is thus possible to produce oxides transparent 13 and 15 of the same type, for example based on ITO, but having different oxygen concentrations. It is thus possible advantageously to produce transparent oxides 13 and 15 of different composition in the same deposition chamber. The transparent oxides 13 and 15 obtained, although they may be of the same type, for example both based on ITO but with different oxygen concentrations, have different morphologies and in particular different grain sizes. This difference in morphology is observable for example by scanning electron microscope (SEM) or TEM (transmission electron microscope). Then, the conductivity of one or more determined regions 14b of the stack of layers 12 and 14, and in particular of the second superficial layer 14, is modified. This modification is effected here by means of a heat treatment with the aid of a luminous radiation, the treatment being able to modify the crystalline structure of the transparent oxide 15 in order to make it more conductive (FIG. 1C). This treatment is advantageously carried out using a laser which allows localized, precise treatment and without necessarily having to use a mask. The laser exposure can be carried out so that the regions 14b whose conductivity is increased have a thickness el (measured parallel to the vector z of the orthogonal reference [O; x; y; z] given in FIG. 1C) at least equal to to the thickness of the second layer 14.
15 Ces régions 14b sont ainsi en contact avec la première couche 12 d'oxyde transparent conducteur 13 et affleurent au niveau d'une face supérieure de la deuxième couche, la face supérieure étant la face opposée à une face inférieure de la deuxième couche en contact avec la première couche 12. De préférence, le laser utilisé ainsi que les conditions d'exposition, en 20 particulier la durée d'impulsion laser et la fluence du laser sont adaptées, en fonction de l'épaisseur des couches 12, 14 et des matériaux 13, 15, et de manière à modifier la structure cristallographique de régions de l'oxyde transparent 13 de la deuxième couche 14, superficielle, sans réaliser d'ablation et sans détériorer de couches sous-jacentes à l'empilement.These regions 14b are thus in contact with the first transparent conductive oxide layer 12 and are flush with an upper face of the second layer, the upper face being the face opposite to a lower face of the second layer in contact with each other. with the first layer 12. Preferably, the laser used as well as the exposure conditions, in particular the laser pulse duration and the fluence of the laser are adapted, depending on the thickness of the layers 12, 14 and 13, 15, and so as to modify the crystallographic structure of regions of the transparent oxide 13 of the second layer 14, superficial, without performing ablation and without damaging layers underlying the stack.
25 Un laser à excimère émettant dans le domaine de l'Ultra-violet ou dans une gamme comprise entre 100 nm et 350 nm peut être employé. Selon un exemple particulier de mise en oeuvre, on utilise un laser de type XeCI émettant à une longueur d'onde de l'ordre de 308 nm. Pour des couches 12 et 14 d'épaisseur comprise par exemple entre 20 nm et 80 nm, on peut également prévoir une fluence par exemple 3021808 11 entre 100 et 500 mJ/crn2 ainsi qu'une durée d'impulsion comprise par exemple entre 10 et 200 ns. Avantageusement, on prévoit une fluence comprise par exemple entre 100 et 250 mJ/crn2 ainsi qu'une durée d'impulsion comprise par exemple entre 5 10 et 50 ns. On forme ainsi des régions 14b superficielles de résistivité inférieure à celle du reste de la deuxième couche 14. Les régions 14b peuvent avoir une faible résistivité, en particulier une résistivité inférieure à 1E-3 ou 10-3 Ohm*cm. Les régions 14b peuvent avoir une résistivité entre dix et mille fois 10 inférieure à celle de l'oxyde transparent 15 de la deuxième couche 14. Avantageusement, les régions 14b ont une résistivité entre dix et cent fois inférieure à celle de l'oxyde transparent 15 de la deuxième couche 14. Les régions 14b peuvent avoir une conductivité de l'ordre de celle de la première couche 13. Les régions 14b de résistivité modifiée, bien qu'étant à base du même 15 oxyde transparent 15 que celles du reste de la deuxième couche 14 superficielle, ont une morphologie différente et en particulier des tailles de grains différentes. Du fait de la différence de conductivité entre les régions 14b traitées au laser par rapport aux zones 14a restantes de la deuxième couche 14 on peut ensuite prévoir d'effectuer une métallisation sélective sur ces régions 14b. On réalise ainsi un 2 0 procédé dit « auto-aligné ». Ainsi, on peut former ensuite des zones 20 de contacts électrique agencées sur et en contact des régions 14b modifiées de la deuxième couche 14 d'oxyde transparent (figure 1D). Cette formation peut comprendre un dépôt électrolytique de cuivre ou 25 d'un autre métal conducteur tel que par exemple de l'Ag ou le Ni, que l'on fait croitre sélectivement sur les régions 14b. Le dépôt électrolytique peut être réalisé en se servant de la première couche 12 d'oxyde transparent conducteur 13 comme d'une électrode. Les contacts 20 peuvent se présenter par exemple sous forme d'une grille afin de laisser passer la lumière dans le dispositif.An excimer laser emitting in the ultraviolet range or in a range between 100 nm and 350 nm may be employed. According to a particular embodiment, a XeCI type laser emitting at a wavelength of the order of 308 nm is used. For layers 12 and 14 of thickness, for example between 20 nm and 80 nm, it is also possible to provide a fluence for example between 100 and 500 mJ / cm 2 and a pulse duration of, for example, between 10 and 10 nm. 200 ns. Advantageously, a fluence of, for example, between 100 and 250 mJ / cm 2 and a pulse duration of, for example, 5 to 50 ns is provided. Surface regions 14b of lower resistivity are thus formed than those of the remainder of the second layer 14. The regions 14b may have a low resistivity, in particular a resistivity of less than 1E-3 or 10-3 Ohm * cm. The regions 14b may have a resistivity between ten and a thousand times lower than that of the transparent oxide 15 of the second layer 14. Advantageously, the regions 14b have a resistivity between ten and a hundred times lower than that of the transparent oxide 15 The regions 14b may have a conductivity of the order of that of the first layer 13. The regions 14b of modified resistivity, although being based on the same transparent oxide 15 as those of the rest of the superficial second layer 14, have a different morphology and in particular different grain sizes. Due to the difference in conductivity between the laser-treated regions 14b with respect to the remaining zones 14a of the second layer 14, selective metallization can then be provided on these regions 14b. A so-called "self-aligned" process is thus carried out. Thus, areas 20 of electrical contacts arranged on and in contact with the modified regions 14b of the second transparent oxide layer 14 can then be formed (FIG. 1D). This formation may comprise an electrolytic deposition of copper or other conductive metal such as, for example, Ag or Ni, which is selectively grown on regions 14b. The electrolytic deposition can be achieved by using the first transparent conductive oxide layer 13 as an electrode. The contacts 20 may be for example in the form of a grid in order to allow light to pass through the device.
3021808 12 Pour réaliser la métallisation et former les zones 20 de contacts, plusieurs variantes peuvent être prévues. Les zones 20 de contacts peuvent être formés d'un empilement de plusieurs couches métalliques 20a, 20b (figure 2). Selon une variante, on réalise un dépôt par dispense localisée, par 5 exemple de type jet d'encre, de manière à former une fine couche métallique 20a de renfort d'adhésion par exemple à base de Cu, ou de Ni ou d'Ag ou d'Au. Puis, on forme par-dessus par dépôt électrolytique une autre couche métallique 20b par exemple à base de Ni ou de Cu ou de Ta ou de W. Le procédé qui a été décrit précédemment en liaison avec les figures 1A- 10 1C n'est pas nécessairement limité à la formation d'un bicouche d'oxyde transparent et peut comporter plus un nombre de couches d'oxyde transparent supérieur à deux. Une variante de réalisation illustrée sur les figures 3A-3B, prévoit de former, à la place de l'empilement de couches 12, 14 décrit précédemment, une couche d'oxyde transparent 34 comportant un gradient de concentration en oxygène. Dans cette 15 couche 34, la concentration en oxygène dans la couche 34 est plus importante au fur et à mesure que l'on s'éloigne du substrat 1. La couche 34 comporte ainsi un gradient correspondant de résistivité, la résistivité de la couche 34 d'oxyde transparent augmentant lorsqu'on s'éloigne du substrat 1. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, la concentration en oxygène et la 20 résistivité de la couche 34 augmentent selon la direction et le sens du vecteur k d'un repère orthogonal [0;1>;i ici Une manière de réaliser la couche 34 est de réaliser un dépôt par exemple de type PVD lors duquel le débit de dioxygène dans la chambre de dépôt est augmenté progressivement lors du dépôt.In order to effect the metallization and to form the contact zones 20, several variants can be provided. The zones 20 of contacts may be formed of a stack of several metal layers 20a, 20b (Figure 2). According to one variant, a deposit is made by localized dispensing, for example of inkjet type, so as to form a thin metal layer 20a of adhesion reinforcement for example based on Cu, or Ni or Ag or Au. Then, another electrolytic layer 20b is formed by electrolytic deposition, for example based on Ni or Cu or Ta or W. The process which has been described previously with reference to FIGS. 1A-1C is not not necessarily limited to the formation of a transparent oxide bilayer and may further include a number of transparent oxide layers greater than two. An embodiment variant illustrated in FIGS. 3A-3B, provides, in place of the stack of layers 12, 14 described previously, a transparent oxide layer 34 comprising an oxygen concentration gradient. In this layer 34, the oxygen concentration in the layer 34 is greater as one moves away from the substrate 1. The layer 34 thus comprises a corresponding gradient of resistivity, the resistivity of the layer 34 As in the example illustrated in FIG. 3, the oxygen concentration and the resistivity of the layer 34 increase according to the direction and the direction of the vector k of a orthogonal reference [0; 1>; i here A way of making the layer 34 is to make a deposit for example of PVD type in which the flow of oxygen in the deposition chamber is gradually increased during the deposition.
25 Puis, on modifie de manière localisée la conductivité d'une ou plusieurs régions déterminées 34b de la couche 34 à l'aide d'un traitement par laser tel que décrit précédemment. On modifie ainsi l'agencement cristallographique de régions 34b d'une sous-couche 342 superficielle d'oxyde transparent de sorte à le rendre davantage conducteur. Cette sous-couche 342 repose sur une autre sous-couche 341 d'oxyde 30 transparent qui n'a pas subi de transformation par traitement laser (figure 3B) .Then, the conductivity of one or more determined regions 34b of the layer 34 is modified in a localized manner by means of a laser treatment as described above. The crystallographic arrangement of regions 34b of a surface sublayer 342 of transparent oxide is thus modified so as to make it more conductive. This underlayer 342 rests on another transparent oxide underlayer 341 which has not undergone laser processing (FIG. 3B).
3021808 13 Dans les exemples de procédé qui viennent d'être donnés on modifie la conductivité de régions d'oxyde transparent conducteur du côté de la première face A du substrat puis on forme des contacts du côté de cette première face A. L'un ou l'autre des procédés qui viennent d'être décrits peuvent s'appliquer également à former des 5 contacts du côté de la deuxième face B du substrat. Ainsi, un procédé suivant l'invention peut s'appliquer à la mise en oeuvre de contacts métalliques aussi bien en face avant qu'en face arrière d'un substrat.In the examples of the method which have just been given, the conductivity of conductive transparent oxide regions is modified on the side of the first face A of the substrate and then contacts are formed on the side of this first face A. One or the other of the methods which have just been described can also be applied to forming contacts on the side of the second face B of the substrate. Thus, a method according to the invention can be applied to the implementation of metal contacts both in the front face and in the rear face of a substrate.
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2014
- 2014-11-18 FR FR1461110A patent/FR3021808A1/en active Pending
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