FR3026229A1 - PHOTOVOLTAIC PHOTOCOLTAIC CELL WITH REAR-BACK CONTACTS, PHOTOVOLTAIC MODULE AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A MODULE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une cellule photovoltaïque (1) à contacts interdigités en face arrière, comprenant : - un substrat (10) de silicium monocristallin comprenant, sur une même face principale dite face arrière, une alternance de régions (13a) dopées selon un premier type de dopage et de régions (13b) dopées selon un second type de dopage opposé au premier type, - une couche de passivation (14) électriquement isolante s'étendant sur la face arrière du substrat (10), - une pluralité de doigts métalliques (15a, 15b) s'étendant dans une direction longitudinale sur chaque région (13a, 13b) dopée du premier type et du second type, au travers de la couche de passivation (14), - une pluralité de fils électriquement conducteurs (17) s'étendant sur la face arrière de la cellule transversalement auxdites régions alternées (13a, 13b), chaque fil reliant électriquement soit les doigts métalliques (15a) de chaque région (13a) dopée du premier type soit les doigts métalliques (15b) de chaque région (13b) dopée du second type, chaque fil étant en contact avec une zone électriquement isolante de la face arrière entre deux doigts métalliques successifs reliés électriquement par ledit fil. L'invention concerne également la fabrication d'un module comprenant au moins deux telles cellules.The invention relates to a photovoltaic cell (1) with interdigitated contacts on the rear face, comprising: a substrate (10) of monocrystalline silicon comprising, on the same main face, said back face, an alternation of regions (13a) doped according to a first type of doping and doped regions (13b) according to a second type of doping opposed to the first type, - an electrically insulating passivation layer (14) extending on the rear face of the substrate (10), - a plurality of metal fingers (15a, 15b) extending in a longitudinal direction on each doped region (13a, 13b) of the first type and the second type, through the passivation layer (14), - a plurality of electrically conductive wires (17) extending on the rear face of the cell transversely to said alternating regions (13a, 13b), each wire electrically connecting either the metal fingers (15a) of each doped region (13a) of the first type or the metal fingers lugs (15b) of each region (13b) doped second type, each wire being in contact with an electrically insulating area of the rear face between two successive metal fingers electrically connected by said wire. The invention also relates to the manufacture of a module comprising at least two such cells.
Description
CELLULE PHOTO VOLTAIQUE A CONTACTS EN FACE ARRIERE, MODULE PHOTOVOLTAIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL MODULE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une cellule photovoltaïque à contacts en face arrière, un module comprenant au moins deux telles cellules et un procédé de fabrication d'un tel module.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a photovoltaic cell with rear-panel contacts, a module comprising at least two such cells, and a method for producing a photovoltaic cell with rear-panel contacts. manufacture of such a module.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Une cellule photovoltaïque à homojonction comporte une jonction formée dans un même matériau semi-conducteur et permettant de convertir directement les photons reçus en un signal électrique. L'homojonction est typiquement formée dans un substrat de silicium cristallin à la jonction entre deux régions du substrat ayant des types de dopage opposés (n et p). Plus particulièrement, l'homojonction peut être obtenue à partir d'un substrat en silicium présentant un type de dopage donné (par exemple dopage de type n) et dans lequel est formée une zone dopée selon un type de dopage opposé à celui du substrat (par exemple dopage de type p). Cette zone dopée, couramment appelée émetteur, est généralement formée depuis la face avant du substrat, correspondant par principe à la face du substrat destinée à recevoir le rayonnement solaire. Cependant, dans certains cas, elle peut aussi être formée depuis la face arrière du substrat, c'est-à-dire généralement la face opposée à celle recevant le rayonnement solaire. Une zone dopée de même type que le substrat est par ailleurs prévue pour former un champ électrique répulsif.BACKGROUND OF THE INVENTION A homojunction photovoltaic cell comprises a junction formed in the same semiconductor material and for directly converting the received photons into an electrical signal. Homojunction is typically formed in a crystalline silicon substrate at the junction between two regions of the substrate having opposite doping types (n and p). More particularly, homojunction can be obtained from a silicon substrate having a given type of doping (for example n-type doping) and in which a doped zone is formed according to a doping type opposite to that of the substrate ( for example p-type doping). This doped zone, commonly called emitter, is generally formed from the front face of the substrate, corresponding in principle to the face of the substrate for receiving solar radiation. However, in some cases, it may also be formed from the rear face of the substrate, that is to say generally the face opposite to that receiving solar radiation. A doped zone of the same type as the substrate is also provided to form a repulsive electric field.
Le rendement de conversion des cellules photovoltaïques à homojonction est en général limité par des pertes par recombinaison au niveau des faces avant et/ou arrière du substrat et par des pertes optiques liées à la présence de métallisations sur la face avant. Il est connu de minimiser ces pertes en développant une architecture de cellule adaptée présentant les zones dopées (émetteur et champ électrique répulsif) et les doigts métalliques (anode et cathode) associés pour la collecte des charges au niveau de la face arrière. Cette architecture de cellule est communément appelée IBC (acronyme du terme anglo-saxon « lnterdigitated Back Contact cell ») ou RCC (acronyme du terme anglo-saxon « Rear Contact Cell »). Les zones dopées sont généralement agencées de sorte à former deux peignes interdigités. La société Sunpower propose des cellules photovoltaïques basées sur une telle architecture [1]. La fabrication de la cellule photovoltaïque, dans ce cas, présente des métallisations élaborées par dépôt électrolytique de cuivre avec la présence de deux bus bars, respectivement présents à chaque extrémité de la face arrière de la cellule. la fonction des bus bars est de collecter le courant issu des doigts métalliques d'une même polarité et de recevoir l'interconnexion métallique assurant la liaison entre cellules. La mise en module est ainsi réalisée par interconnexions des cellules, via des rubans de cuivre soudés thermiquement aux bus bars de cellules adjacentes pour la mise en série des cellules. Cependant, cette technique est complexe et coûteuse, notamment du fait du dépôt électrolytique qui doit être mis en oeuvre avec une grande précision et qui nécessite de nombreuses étapes.The conversion efficiency of the homojunction photovoltaic cells is generally limited by recombination losses at the front and / or rear faces of the substrate and by optical losses related to the presence of metallizations on the front face. It is known to minimize these losses by developing a suitable cell architecture having the doped zones (transmitter and repulsive electric field) and the metal fingers (anode and cathode) associated for the collection of charges at the rear face. This cell architecture is commonly called IBC (abbreviation of the English term "lnterdigitated Back Contact cell") or RCC (acronym for the term "Rear Contact Cell"). The doped zones are generally arranged so as to form two interdigitated combs. Sunpower offers photovoltaic cells based on such architecture [1]. The manufacture of the photovoltaic cell, in this case, has metallizations developed by electrolytic deposition of copper with the presence of two bus bars, respectively present at each end of the rear face of the cell. the function of the bus bars is to collect the current from the metal fingers of the same polarity and to receive the metal interconnection ensuring the connection between cells. The setting in module is thus carried out by interconnections of the cells, via copper strips thermally welded to the bus bars of adjacent cells for putting the cells in series. However, this technique is complex and expensive, especially because of the electrolytic deposition which must be implemented with great precision and which requires many steps.
Des alternatives consistent à mettre en oeuvre une métallisation par impression d'encres ou de pâtes métalliques, en général à base d'argent, pour les doigts et les bus bars. Actuellement, l'institut ISC de Konstanz communique des performances de rendements supérieurs à 21% par impression de contacts par sérigraphie avec la présence de six bus bars sur la face arrière (technologie ZEBRATM [2]). Cependant, dans ce cas, la mise en module apparaît complexe car la soudure des rubans sur les bus bars induit une courbure importante de la cellule. Cette contrainte freine l'émergence de cette approche bien que des connectiques de type colles conductrices pourraient limiter la génération d'une telle courbure. Une autre contrainte liée à l'utilisation des pâtes de sérigraphie (qui sont principalement à base d'argent) est son coût, qui dépend directement de la quantité déposée. Une solution pourrait consister à remplacer les rubans de cuivre par des fils électriquement conducteurs répartis sur la face arrière de la cellule, afin de permettre une meilleure extraction du courant et de relâcher les contraintes de conduction des doigts métalliques. Il serait alors possible de réduire d'un facteur 2 à 4 la quantité d'argent déposée. Différents concepts d'interconnexion par fils ont été décrits pour des cellules présentant des métallisations sur leurs deux faces, tels que la SmartVVire Connection Technologyn" (SVVCT) de Meyer Burger Technology AG [3] ou le Multi Busbar ConnectorTM de Schmid [4]. Dans la solution de Meyer Burger Technology AG, la cellule ne comprend plus de bus bars continus comme dans la solution de Schmid, mais une soudure directe des fils sur les doigts métalliques. En raison de la conductivité électrique limitée des fils, il est nécessaire d'utiliser une pluralité de fils (typiquement, entre 5 et 30) afin d'extraire le courant sans pertes résistives. Or, compte tenu de la faible largeur des zones dopées interdigitées en face arrière de la cellule, il ne serait pas possible de déposer un fil sur chacune de ces zones dopées.Alternatives include metallization by printing of inks or metal pastes, usually silver-based, for fingers and bus bars. Currently, the ISC Institute Konstanz communicates performance performance greater than 21% by printing screen-printed contacts with the presence of six bus bars on the back (technology ZEBRATM [2]). However, in this case, setting the module appears complex because the welding of the ribbons on the bus bars induces a significant curvature of the cell. This constraint hinders the emergence of this approach although conductive glue type connectors could limit the generation of such a curvature. Another constraint related to the use of screen printing pastes (which are mainly based on silver) is its cost, which depends directly on the quantity deposited. One solution could be to replace the copper strips with electrically conductive son distributed on the rear face of the cell, to allow better extraction of the current and relax the conduction constraints of the metal fingers. It would then be possible to reduce the amount of money deposited by a factor of 2 to 4. Different concepts of wire interconnection have been described for cells with two-sided metallizations, such as the SmartVVire Connection Technologyn "(SVVCT) from Meyer Burger Technology AG [3] or the Schmid Multi Busbar ConnectorTM [4]. In the Meyer Burger Technology AG solution, the cell no longer includes continuous bus bars as in the Schmid solution, but a direct solder of the wires to the metal fingers.Because of the limited electrical conductivity of the wires, it is necessary to to use a plurality of wires (typically between 5 and 30) in order to extract the current without resistive losses However, given the small width of the interdigitated doped zones in the rear face of the cell, it would not be possible to deposit a thread on each of these doped zones.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités et de concevoir une cellule photovoltaïque à contacts interdigités en face arrière qui soit plus simple et moins onéreuse à fabriquer, qui présente une meilleure planéité et qui permette une extraction du courant performante. Conformément à l'invention, il est proposé une cellule photovoltaïque à contacts interdigités en face arrière, comprenant : - un substrat de silicium monocristallin comprenant, sur une même face principale dite face arrière, une alternance de régions dopées selon un premier type de dopage et de régions dopées selon un second type de dopage opposé au premier type, - une couche de passivation électriquement isolante s'étendant sur la face arrière du substrat, - une pluralité de doigts métalliques s'étendant dans une direction longitudinale sur chaque région dopée du premier type et du second type, au travers de la couche de passivation, - une pluralité de fils électriquement conducteurs s'étendant sur la face arrière de la cellule transversalement auxdites régions alternées, chaque fil reliant électriquement soit les doigts métalliques de chaque région dopée du premier type soit les doigts métalliques de chaque région dopée du second type, chaque fil étant en contact avec une zone électriquement isolante de la face arrière entre deux doigts métalliques successifs reliés électriquement par ledit fil. Selon un mode de réalisation, chaque doigt métallique s'étend longitudinalement de manière continue sur une région dopée du premier, respectivement du second type, et ladite zone électriquement isolante comprend un plot électriquement isolant recouvrant chaque doigt métallique à l'emplacement d'un fil reliant électriquement les doigts métalliques des régions dopées du second, respectivement du premier type. De manière particulièrement avantageuse, le ledit plot électriquement isolant est en un matériau diélectrique, organique et/ou inorganique. Selon un autre mode de réalisation, chaque doigt métallique s'étend longitudinalement de manière discontinue sur une région dopée du premier ou du second type, de sorte à former des portions de doigts séparées par des intervalles inter-doigts, les intervalles inter-doigts formés sur une région dopée du premier type étant décalés dans la direction longitudinale par rapport aux intervalles inter-doigts formés sur une région dopée du second type adjacente, chaque zone électriquement isolante comprenant une région de la couche de passivation située dans chacun desdits intervalles inter- doigts. Eventuellement, un plot électriquement isolant s'étend dans lesdits intervalles inter-doigts sur la couche de passivation.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION An object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks and to design a photovoltaic cell with interdigital contacts on the rear face which is simpler and less expensive to manufacture, which has a better flatness and which allows extraction powerful power. According to the invention, there is provided a photovoltaic cell with interdigitated contacts on the rear face, comprising: a monocrystalline silicon substrate comprising, on the same main face called the back face, an alternation of doped regions according to a first type of doping and doped regions according to a second type of doping opposed to the first type, - an electrically insulating passivation layer extending on the rear face of the substrate, - a plurality of metal fingers extending in a longitudinal direction on each doped region of the first type and the second type, through the passivation layer, - a plurality of electrically conductive son extending on the rear face of the cell transverse to said alternating regions, each wire electrically connecting the metal fingers of each doped region of the first type either the metal fingers of each doped region of the second type, each wire both in contact with an electrically insulating area of the rear face between two successive metal fingers electrically connected by said wire. According to one embodiment, each metal finger extends longitudinally continuously over a doped region of the first and second types, and said electrically insulating zone comprises an electrically insulating pad covering each metal finger at the location of a wire. electrically connecting the metal fingers of the doped regions of the second and the first type, respectively. Particularly advantageously, said electrically insulating pad is made of a dielectric material, organic and / or inorganic. According to another embodiment, each metal finger extends longitudinally discontinuously on a doped region of the first or second type, so as to form portions of fingers separated by inter-finger intervals, inter-finger intervals formed on a doped region of the first type being shifted in the longitudinal direction with respect to inter-finger intervals formed on a doped region of the second adjacent type, each electrically insulating region comprising a region of the passivation layer located in each of said inter-finger intervals . Optionally, an electrically insulating pad extends in said inter-finger intervals on the passivation layer.
Ledit plot comprend avantageusement un matériau diélectrique inorganique ou un matériau diélectrique organique, éventuellement chargé d'un matériau inorganique. Selon un mode de réalisation, chaque région dopée du premier et/ou du second type s'étend longitudinalement de manière continue.Said pad advantageously comprises an inorganic dielectric material or an organic dielectric material, optionally loaded with an inorganic material. According to one embodiment, each doped region of the first and / or second type extends longitudinally in a continuous manner.
De manière alternative, chaque région dopée du premier et/ou du second type s'étend longitudinalement de manière discontinue, de sorte à former des portions de régions dopées séparées par des intervalles inter-régions coïncidant avec les intervalles inter-doigts. . Un autre objet concerne un module photovoltaïque comprenant au moins deux 10 cellules photovoltaïques telles que décrites ci-dessus, lesdites cellules étant interconnectées électriquement par les fils électriquement conducteurs. Selon une forme d'exécution, lequel les régions dopées du premier type et du second type sont réparties de manière asymétrique sur la face arrière de chaque cellule, et deux cellules adjacentes sont agencées avec une orientation de 180° l'une par rapport 15 à l'autre. Selon une autre forme d'exécution, deux cellules photovoltaïques adjacentes présentent des zones électriquement isolantes décalées de sorte qu'un fil reliant les régions dopées du premier type d'une cellule relie également les régions dopées du second type d'une cellule adjacente. 20 Un autre objet concerne un procédé de fabrication d'un module photovoltaïque, comprenant : - la fourniture d'au moins deux cellules photovoltaïques telles que décrites ci-dessus, - la mise en place d'une pluralité de fils électriquement conducteurs sur la face 25 arrière desdites cellules transversalement auxdites régions alternées, chaque fil reliant électriquement les doigts métalliques des régions d'une cellule dopées du premier type avec les doigts métalliques des régions d'une cellule adjacente dopées du second type, chaque fil étant en contact avec une zone électriquement isolante de la face arrière de chaque cellule entre deux doigts métalliques successifs reliés électriquement par 30 ledit fil. Selon un mode de réalisation, avant la mise en place des fils, on forme, sur chaque doigt métallique des régions dopées du premier, respectivement du second type, un plot électriquement isolant à l'emplacement d'un fil reliant les doigts métalliques des régions dopées du second, respectivement du premier type. 35 De manière avantageuse, ledit plot électriquement isolant est formé par dépôt par sérigraphie d'un matériau diélectrique organique, éventuellement chargé d'un matériau inorganique, ledit dépôt étant réalisé pendant la fabrication de chaque cellule photovoltaïque ou entre ladite fabrication et la mise en place des fils électriquement conducteurs. De manière alternative, ledit plot électriquement isolant est formé par dépôt par sérigraphie d'un matériau diélectrique inorganique, ledit dépôt étant réalisé pendant la fabrication de chaque cellule. De manière avantageuse, on met en oeuvre plusieurs étapes de dépôt et de recuit dudit matériau diélectrique. La fabrication de chaque cellule comprend avantageusement : - la fourniture d'un substrat de silicium monocristallin comprenant, sur une même face principale dite face arrière, une alternance de régions dopées selon un premier type de dopage et de régions dopées selon un second type de dopage opposé au premier type, - la formation d'une couche de passivation électriquement isolante sur la face arrière du substrat, - la formation par sérigraphie d'une pluralité de doigts métalliques s'étendant dans une direction longitudinale sur chaque région dopée du premier type et/ou du second type, au travers de la couche de passivation. Selon un mode de réalisation, lors de la fabrication de chaque cellule, les doigts métalliques sont formés de manière discontinue sur chaque région dopée du premier type et/ou du second type. Selon un autre mode de réalisation, lors de la fabrication de chaque cellule, les régions dopées du premier type et/ou du second type sont formées longitudinalement de manière discontinue sur la face arrière du substrat.Alternatively, each doped region of the first and / or second type extends longitudinally discontinuously, so as to form portions of doped regions separated by inter-region intervals coinciding with inter-finger intervals. . Another object relates to a photovoltaic module comprising at least two photovoltaic cells as described above, said cells being electrically interconnected by the electrically conductive wires. According to one embodiment, the doped regions of the first type and the second type are asymmetrically distributed on the rear face of each cell, and two adjacent cells are arranged with an orientation of 180 ° relative to each other. the other. According to another embodiment, two adjacent photovoltaic cells have electrically insulating areas offset so that a wire connecting the doped regions of the first type of a cell also connects the doped regions of the second type of an adjacent cell. Another object relates to a method of manufacturing a photovoltaic module, comprising: - supplying at least two photovoltaic cells as described above, - setting up a plurality of electrically conductive wires on the face Rearwardly of said cells transverse to said alternating regions, each wire electrically connecting the metal fingers of the regions of a doped cell of the first type with the metal fingers of the regions of an adjacent doped cell of the second type, each wire being in contact with a zone; electrically insulating the rear face of each cell between two successive metal fingers electrically connected by said wire. According to one embodiment, before the introduction of the son, one forms on each metal finger doped regions of the first, respectively the second type, an electrically insulating pad at the location of a wire connecting the metal fingers of the regions doped with the second and the first type, respectively. Advantageously, said electrically insulating pad is formed by screen-printing an organic dielectric material, optionally loaded with an inorganic material, said deposit being made during the manufacture of each photovoltaic cell or between said manufacture and the installation. electrically conductive wires. Alternatively, said electrically insulating pad is formed by screen-printing an inorganic dielectric material, said deposit being made during the manufacture of each cell. Advantageously, several deposition and annealing steps of said dielectric material are used. The manufacture of each cell advantageously comprises: the provision of a monocrystalline silicon substrate comprising, on the same main face called the back face, an alternation of doped regions according to a first type of doping and doped regions according to a second type of doping opposed to the first type, - the formation of an electrically insulating passivation layer on the rear face of the substrate, - the silkscreen formation of a plurality of metal fingers extending in a longitudinal direction on each doped region of the first type and or the second type, through the passivation layer. According to one embodiment, during the manufacture of each cell, the metal fingers are formed discontinuously on each doped region of the first type and / or the second type. According to another embodiment, during the manufacture of each cell, the doped regions of the first type and / or the second type are formed longitudinally discontinuously on the rear face of the substrate.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une cellule photovoltaïque avant la réalisation des doigts métalliques, - la figure 2 est un schéma de métallisation conventionnel en vue de dessus pour une cellule photovoltaïque de type I BC avec deux bus bars de part et d'autre de la cellule, - les figures 3A et 3B sont des schémas de métallisation en vue de dessus d'une cellule selon un premier mode de réalisation de l'invention et une variante de ce premier mode de réalisation, respectivement, - les figures 4A et 4B sont des vues en coupe des schémas de métallisation des figures 3A et 3B, respectivement, - la figure 5 est un schéma de métallisation en vue de dessus d'une cellule selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe du schéma de métallisation de la figure 5, - la figure 7 est un schéma de métallisation en vue de dessus d'une cellule selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue en coupe du schéma de métallisation de la figure 7, - la figure 9 est une vue de principe de l'assemblage de plusieurs cellules photovoltaïques du type des figures 3A et 4A de sorte à former un module, - la figure 10 est une vue de principe de l'assemblage de plusieurs cellules photovoltaïques du type des figures 5 et 6 de sorte à former un module, - la figure 11 est une vue de principe de l'assemblage de plusieurs cellules photovoltaïques selon une forme d'exécution préférée de l'invention de sorte à former un module. Pour des raisons de lisibilité des dessins, les figures ne sont pas nécessairement réalisées à l'échelle.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a sectional view of a photovoltaic cell before the realization of the fingers FIG. 2 is a conventional metallization diagram in plan view for a type I photovoltaic cell BC with two bus bars on either side of the cell, FIGS. 3A and 3B are metallization diagrams in FIG. top view of a cell according to a first embodiment of the invention and a variant of this first embodiment, respectively, - Figures 4A and 4B are sectional views of the metallization schemes of Figures 3A and 3B, FIG. 5 is a metallization diagram in plan view of a cell according to a second embodiment of the invention, FIG. 6 is a sectional view of the metallization diagram. FIG. 7 is a metallization diagram in plan view of a cell according to a third embodiment of the invention; FIG. 8 is a sectional view of the metallization diagram of FIG. FIG. 9 is a basic view of the assembly of several photovoltaic cells of the type of FIGS. 3A and 4A so as to form a module, FIG. 10 is a basic view of the assembly of several photovoltaic cells. of the type of FIGS. 5 and 6 so as to form a module; FIG. 11 is a basic view of the assembly of a plurality of photovoltaic cells according to a preferred embodiment of the invention so as to form a module. For reasons of readability of the drawings, the figures are not necessarily made to scale.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 1 est une vue en coupe d'une cellule photovoltaïque 1 à contacts interdigités en face arrière avant la réalisation des doigts métalliques. La cellule comprend un substrat 10 de silicium monocristallin, qui présente par exemple un dopage de type n.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIG. 1 is a sectional view of a photovoltaic cell 1 with interdigital contacts on the rear face before the production of the metal fingers. The cell comprises a monocrystalline silicon substrate 10 having, for example, n-type doping.
Sur la face avant, c'est-à-dire la face principale exposée au rayonnement solaire, la minimisation des recombinaisons des porteurs de charge est assurée par une couche 11 de silicium légèrement dopée (de type n+ ou p+) recouverte d'un empilement 12 d'une couche d'oxyde de silicium et d'une couche antireflet de nitrure de silicium. La couche d'oxyde présente une épaisseur de quelques nm et est typiquement réalisée par croissance thermique ; la couche antireflet est généralement déposée par PECVD sur la couche d'oxyde de silicium et présente une épaisseur d'environ 70 nm. Sur la face arrière du substrat (face principale opposée à la face avant), sont réalisés des caissons allongés 13a, 13b alternés, respectivement de dopage P+ (appelés couramment émetteur) et N+ (appelés couramment BSF, acronyme du terme anglo-saxon « Back Surface Field »). La largeur de chaque caisson 13a (désignée par la référence VVp+ sur la figure 1) est comprise entre 800 pm et 2000 pm. La largeur de chaque caisson 13b (désignée par la référence VVn+ sur la figure 1) est comprise entre 200 pm et 600 pm. Ces deux caissons sont en général séparés par une zone non dopée dont la largeur (désignée par la référence d sur la figure 1) est comprise entre 20 pm et 500 pm. De manière alternative (non illustrée), les deux caissons pourraient aussi être en contact l'un avec l'autre. Dans ce cas, il n'y a pas de zone non dopée intermédiaire. Le choix de ces largeurs respectives dépend de la technique de métallisation utilisée, de la précision d'alignement des technologies employées et la résistivité électrique du substrat 10.On the front face, that is to say the main face exposed to solar radiation, the minimization of the recombination of the charge carriers is provided by a layer 11 of slightly doped silicon (n + or p + type) covered with a stack 12 of a silicon oxide layer and an antireflection layer of silicon nitride. The oxide layer has a thickness of a few nm and is typically made by thermal growth; the antireflection layer is generally deposited by PECVD on the silicon oxide layer and has a thickness of about 70 nm. On the rear face of the substrate (main face opposite to the front face), elongate caissons 13a, 13b are alternately formed, respectively doping P + (commonly called transmitter) and N + (commonly called BSF, acronym for the Anglo-Saxon term "Back Surface Field "). The width of each box 13a (designated by the reference VVp + in Figure 1) is between 800 pm and 2000 pm. The width of each well 13b (denoted by the reference VVn + in FIG. 1) is between 200 μm and 600 μm. These two boxes are generally separated by an undoped area whose width (designated by the reference d in Figure 1) is between 20 pm and 500 pm. Alternatively (not shown), the two boxes could also be in contact with each other. In this case, there is no intermediate undoped zone. The choice of these respective widths depends on the metallization technique used, the alignment accuracy of the technologies employed and the electrical resistivity of the substrate 10.
La formation des caissons n+ et p+ alternés peut être réalisée de différentes façons connues de l'homme du métier et qui ne seront donc pas décrites en détail ici. Un empilement 14 d'une couche d'oxyde de silicium et d'une couche de nitrure de silicium s'étend sur la face arrière du substrat 10. De manière alternative, d'autres matériaux diélectriques peuvent être employés, tels que A1203, SiC, AIN. Cet empilement remplit une fonction de passivation. Pour collecter les charges photogénérées, des doigts métalliques, appelés communément « fingers » selon la terminologie anglo-saxonne (non illustrés sur la figure 1) sont formés sur chacun des caissons 13a, 13b pour former un contact électrique avec le caisson respectif et s'étendent au travers de l'empilement diélectrique 14. Les doigts métalliques formés sur les caissons 13a forment l'anode et les doigts métalliques formés sur les caissons 13b forment la cathode. Dans le présent texte, on désigne par « longueur » de la cellule la direction longitudinale des caissons et « largeur » la direction transversale auxdits caissons.The formation of the alternating n + and p + boxes can be carried out in various ways known to those skilled in the art and which will therefore not be described in detail here. A stack 14 of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer extends on the rear face of the substrate 10. Alternatively, other dielectric materials may be employed, such as Al 2 O 3, SiC , AIN. This stack fulfills a passivation function. To collect the photogenerated charges, metal fingers, commonly called "fingers" according to the English terminology (not shown in Figure 1) are formed on each of the caissons 13a, 13b to form an electrical contact with the respective box and s' extend through the dielectric stack 14. The metal fingers formed on the caissons 13a form the anode and the metal fingers formed on the caissons 13b form the cathode. In the present text, the term "length" of the cell means the longitudinal direction of the boxes and "width" the direction transverse to said boxes.
La figure 2 illustre en vue de dessus un schéma de métallisation correspondant au cas où la collecte des charges serait assurée par des bus bars aux deux extrémités de la cellule, selon une technique connue. Une asymétrie dans la formation des caissons p+ et n+ est généralement nécessaire afin de permettre la collecte des porteurs minoritaires au niveau de la jonction. Ainsi, on fait en sorte que les caissons n+ et les doigts métalliques correspondants soient en contact électrique avec le bus bar Bn+ mais pas avec le bus bar Bp+, et inversement. Dans ce cas, les doigts métalliques n+ et p+ devront conduire le courant électrique sur une longueur correspondant à la longueur du substrat (soit environ 150 mm en général). Les contraintes de largeur de doigts engendrent également des contraintes sur la largeur des caissons dopés et par conséquent requiert des tolérances d'alignement plus critiques. L'invention propose de supprimer lesdits bus bars pour chaque cellule et d'utiliser une pluralité de fils électriquement conducteurs, généralement à base de cuivre (avec éventuellement un revêtement améliorant la soudabilité de ces fils sur les doigts métalliques), pour réaliser à la fois la collecte du courant des doigts métalliques de même polarité pour une cellule et pour réaliser l'interconnexion entre deux cellules (lesdits fils remplacent donc aussi le ruban de cuivre), ce qui permet de limiter la surface de soudure et par conséquent la courbure de la cellule. En raison de la conductivité électrique limitée des fils, il est nécessaire d'utiliser une pluralité de fils (typiquement, entre 5 et 30 par cellule) afin d'extraire le courant sans pertes résistives. En raison des largeurs respectives des caissons dopés (environ 1500 pm et 500 pm), il ne serait pas possible de déposer un tel fil sur chaque caisson dopé dans le sens de la longueur. Ceci serait surtout complexe sur les caissons BSF (13b sur le schéma) qui sont de largeur réduite par rapport aux caissons émetteurs.FIG. 2 illustrates, in plan view, a metallization scheme corresponding to the case where the collection of charges would be ensured by bus bars at both ends of the cell, according to a known technique. Asymmetry in the formation of the p + and n + boxes is generally necessary to allow the collection of minority carriers at the junction. Thus, it is ensured that the n + boxes and the corresponding metal fingers are in electrical contact with the bus bar Bn + but not with the bus bar Bp +, and vice versa. In this case, the metal fingers n + and p + must conduct the electric current over a length corresponding to the length of the substrate (about 150 mm in general). Finger width constraints also create constraints on the width of the doped wells and therefore require more critical alignment tolerances. The invention proposes to eliminate said bus bars for each cell and to use a plurality of electrically conductive wires, generally based on copper (with possibly a coating improving the weldability of these wires on the metal fingers), to achieve both the collection of the current of the metal fingers of the same polarity for a cell and to achieve the interconnection between two cells (said wires thus also replace the copper ribbon), which makes it possible to limit the soldering surface and consequently the curvature of the cell. Due to the limited electrical conductivity of the wires, it is necessary to use a plurality of wires (typically, between 5 and 30 per cell) to extract the current without resistive losses. Because of the respective widths of the doped caissons (about 1500 pm and 500 pm), it would not be possible to deposit such a wire on each caisson doped in the direction of the length. This would be especially complex on the BSF casings (13b in the diagram) which are of reduced width compared to the transmitting caissons.
Les fils électriquement conducteurs sont positionnés transversalement aux caissons dopés n+ et p+, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale desdits caissons. Selon la tension mécanique appliquée à chaque fil lors de sa mise en place sur la cellule, le fil épouse sensiblement le relief de la face arrière de la cellule. Par conséquent, chaque fil est susceptible d'être non seulement en contact avec les doigts métalliques qu'il relie, mais aussi avec des zones de la face arrière de polarité opposée. Pour éviter la formation de court-circuit entre l'anode et la cathode, il est prévu d'isoler électriquement sélectivement les zones où les fils électriquement conducteurs sont en contact avec la cellule. Cette isolation sélective peut être mise en oeuvre selon différents modes de réalisation qui sont décrits ci-après. Les figures 3A et 4A illustrent, respectivement en vue de dessus et en vue de côté, un schéma de métallisation selon un premier mode de réalisation de l'invention. Les fils d'anode (+) sont représentés en trait plein tandis que les fils de cathode (-) sont représentés en trait interrompu. Les caissons dopés 13a, 13b s'étendent de manière continue sur la longueur de la cellule 1, selon une alternance entre caissons 13a dopés p+ et caissons 13b dopés n+ dans la direction transversale. Des doigts métalliques 15a, 15b sont formés respectivement sur chaque caisson 13a, 13b. Lesdits doigts s'étendent sur toute la longueur desdits caissons. De manière connue en elle-même, les doigts métalliques sont formés par sérigraphie d'une encre ou d'une pâte électriquement conductrice, typiquement à base d'argent. Les fils 17 d'anode et de cathode s'étendent dans la direction transversale de la cellule 1, de manière alternée. Chaque fil d'anode est soudé à chaque doigt métallique 15a, tandis que chaque fil de cathode est soudé à chaque doigt métallique 15b, de sorte à assurer un contact électrique entre le fil et le doigt correspondant. En fonction de la tension mécanique appliquée à chaque fil lors de sa mise en place sur la cellule, le fil épouse sensiblement le relief de la face arrière de la cellule. Par conséquent, chaque fil se trouve en contact alternativement avec un doigt métallique d'un caisson dopé selon un premier type et avec un doigt métallique d'un caisson dopé de type opposé. Pour éviter la création d'un court-circuit entre un fil d'anode et un doigt métallique de cathode 15b, un plot électriquement isolant 16b est formé sur chaque doigt métallique 15b à l'emplacement prévu pour ledit fil d'anode, avant la mise en place dudit fil, de manière à procurer une isolation électrique entre le doigt métallique de cathode et le fil d'anode. De même, pour éviter la création d'un court-circuit entre un fil de cathode et un doigt métallique d'anode 15a, un plot électriquement isolant 16a est formé sur chaque doigt métallique 15a à l'emplacement prévu pour ledit fil de cathode, avant la mise en place dudit fil, de manière à procurer une isolation électrique entre le doigt métallique d'anode et le fil de cathode. Les plots 16a et les plots 16b sont ainsi agencés en quinconce sur les doigts métalliques 15a, 15b. Lesdits plots électriquement isolants sont typiquement réalisés à partir d'une pâte diélectrique, comprenant une résine organique avec éventuellement une charge inorganique (de type Ti02, Si02 par exemple) selon le type de recuit réalisé ultérieurement. Ainsi, avec un recuit basse température, l'intégrité de la résine est préservée et, si elle est diélectrique, elle peut contribuer à l'isolation électrique soit toute seule, soit avec une charge inorganique diélectrique. En revanche, avec un recuit haute température, la résine est brûlée. Dans ce cas, il faut donc y inclure des charges inorganiques qui résistent à la température et qui assureront la fonction d'isolation électrique. La pâte diélectrique peut aussi être formée uniquement par une résine organique diélectrique, par exemple une résine époxy. Après réalisation des doigts métalliques, lesdits plots électriquement isolants sont formés par une étape supplémentaire de dépôt par sérigraphie d'une pâte électriquement isolante. Dans le cas où les plots sont en un matériau diélectrique inorganique, un recuit sera mis en oeuvre pendant ou après le recuit des doigts métalliques dans un four à passage de type infrarouge (dans ce cas, la résine organique peut être brulée ou conservée). Dans le cas où les plots sont en un matériau diélectrique organique, un recuit à basse température (de l'ordre de 200°C) est mis en oeuvre à la fin du procédé de fabrication de la cellule de sorte à conserver le matériau diélectrique organique. La longueur dudit plot électriquement isolant 16a, 16b est définie selon les tolérances d'alignement des fils, et est typiquement comprise entre 1 mm et 5 mm. La largeur de chaque plot isolant dépend de la qualité de l'isolation entre le fil et l'empilement diélectrique 14 (Si02/SiN) utilisé pour la passivation. La largeur dudit plot électriquement isolant 16a, 16b est supérieure au diamètre des fils 17 (qui est typiquement compris entre 100 pm et 500 pm) et de préférence inférieure ou égale à la distance entre deux caissons dopés de même polarité. Ainsi, dans le mode de réalisation des figures 3A et 4A, lorsque l'isolation électrique de l'empilement diélectrique 14 vis-à-vis du fil 17 est de bonne qualité, les plots isolants 16a, 16b peuvent présenter une largeur relativement limitée. Les figures 3B et 4B illustrent une variante du mode de réalisation illustré sur les figures 3A et 4A (les mêmes signes de référence désignant les mêmes éléments), mais dans laquelle l'isolation électrique de l'empilement diélectrique 14 vis-à-vis du fil 17 est de moins bonne qualité. Dans ce cas, les plots électriquement isolants 16a, 16b présentent une largeur plus importante que dans le cas des figures 3A et 4A. Pour ces modes de réalisation, l'épaisseur du plot isolant déposé sur les doigts métalliques doit être suffisante pour bien recouvrir ledit doigt à l'emplacement du fil et éviter tout risque de court-circuit. A cet effet, on pourra mettre en oeuvre plusieurs étapes successives de dépôt et de recuit de la pâte diélectrique. Ceci permet en outre d'éviter des problèmes de court-circuits (ou shunt) liés à des porosités locales de la pâte diélectriques (dues notamment à des bulles d'air emprisonnées lors de la sérigraphie).The electrically conductive wires are positioned transversely to the doped boxes n + and p +, in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of said boxes. According to the mechanical tension applied to each wire during its placement on the cell, the wire substantially matches the relief of the rear face of the cell. Therefore, each wire is likely to be not only in contact with the metal fingers it connects, but also with areas of the rear face of opposite polarity. To avoid short-circuiting between the anode and the cathode, it is intended to selectively electrically isolate the areas where the electrically conductive wires are in contact with the cell. This selective isolation can be implemented according to various embodiments which are described below. FIGS. 3A and 4A illustrate, respectively in plan view and in side view, a metallization scheme according to a first embodiment of the invention. The anode (+) wires are shown in solid lines while the (-) cathode wires are shown in broken lines. The doped caissons 13a, 13b extend continuously along the length of the cell 1, alternating between p + doped caissons 13a and n + doped caissons 13b in the transverse direction. Metal fingers 15a, 15b are respectively formed on each box 13a, 13b. Said fingers extend over the entire length of said boxes. In a manner known per se, the metal fingers are formed by serigraphy of an ink or an electrically conductive paste, typically based on silver. The anode and cathode wires 17 extend in the transverse direction of the cell 1 alternately. Each anode wire is welded to each metal finger 15a, while each cathode wire is welded to each metal finger 15b, so as to provide electrical contact between the wire and the corresponding finger. Depending on the mechanical tension applied to each wire during its placement on the cell, the wire substantially matches the relief of the rear face of the cell. Therefore, each wire is in contact alternately with a metal finger of a box doped according to a first type and with a metal finger of a doped box of the opposite type. To avoid the creation of a short circuit between anode wire and a cathode metal pin 15b, an electrically insulating pad 16b is formed on each metal finger 15b at the location provided for said anode wire, before the placing said wire, so as to provide electrical insulation between the cathode metal finger and the anode wire. Similarly, to avoid creating a short circuit between a cathode wire and anode metal finger 15a, an electrically insulating pad 16a is formed on each metal finger 15a at the location provided for said cathode wire, before the introduction of said wire, so as to provide electrical insulation between the anode metal finger and the cathode wire. The pads 16a and the pads 16b are thus staggered on the metal fingers 15a, 15b. Said electrically insulating pads are typically made from a dielectric paste, comprising an organic resin with optionally an inorganic filler (of TiO 2 type, SiO 2 for example) according to the type of annealing performed later. Thus, with low temperature annealing, the integrity of the resin is preserved and, if it is dielectric, it can contribute to the electrical insulation either alone or with a dielectric inorganic filler. On the other hand, with high temperature annealing, the resin is burned. In this case, therefore, it is necessary to include inorganic fillers which resist the temperature and which will ensure the function of electrical insulation. The dielectric paste may also be formed solely of a dielectric organic resin, for example an epoxy resin. After making the metal fingers, said electrically insulating pads are formed by an additional step of screen-printing an electrically insulating paste. In the case where the pads are in an inorganic dielectric material, an annealing will be carried out during or after the annealing of the metal fingers in an infrared type passage oven (in this case, the organic resin may be burned or stored). In the case where the pads are made of an organic dielectric material, a low temperature annealing (of the order of 200 ° C.) is implemented at the end of the manufacturing process of the cell so as to preserve the organic dielectric material. . The length of said electrically insulating pad 16a, 16b is defined according to the alignment tolerances of the wires, and is typically between 1 mm and 5 mm. The width of each insulating pad depends on the quality of the insulation between the wire and the dielectric stack 14 (SiO 2 / SiN) used for passivation. The width of said electrically insulating pad 16a, 16b is greater than the diameter of the wires 17 (which is typically between 100 μm and 500 μm) and preferably less than or equal to the distance between two doped boxes of the same polarity. Thus, in the embodiment of Figures 3A and 4A, when the electrical insulation of the dielectric stack 14 vis-à-vis the wire 17 is of good quality, the insulating pads 16a, 16b may have a relatively limited width. FIGS. 3B and 4B illustrate a variant of the embodiment illustrated in FIGS. 3A and 4A (the same reference signs denoting the same elements), but in which the electrical insulation of the dielectric stack 14 with respect to FIG. thread 17 is of lower quality. In this case, the electrically insulating pads 16a, 16b have a greater width than in the case of Figures 3A and 4A. For these embodiments, the thickness of the insulating pad deposited on the metal fingers must be sufficient to properly cover said finger at the wire location and avoid any risk of short circuit. For this purpose, it will be possible to implement several successive steps of depositing and annealing the dielectric paste. This also makes it possible to avoid short circuit problems (or shunt) related to local pores of the dielectric paste (due in particular to air bubbles trapped during screen printing).
Les figures 5 et 6 illustrent, respectivement en vue de dessus et en vue de côté, un schéma de métallisation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les fils d'anode (+) sont représentés en trait plein tandis que les fils de cathode (-) sont représentés en trait interrompu. Comme dans le premier mode de réalisation, les caissons dopés 13a, 13b s'étendent de manière continue sur la longueur de la cellule 1, selon une alternance, dans la direction transversale, entre caissons 13a dopés p+ et caissons 13b dopés n+. Des doigts métalliques 15a1-15a4, 15b1-15b4 sont formés respectivement sur chaque caisson 13a, 13b. Contrairement au premier mode de réalisation, lesdits doigts sont réalisés de manière discontinue le long desdits caissons, avec un intervalle dépourvu de métallisation dans la direction longitudinale entre deux doigts adjacents sur un même caisson. Chaque intervalle dépourvu de métallisation est positionné de sorte à coïncider avec une région d'un caisson destinée à être en contact avec un fil reliant les doigts métalliques des caissons de polarité opposée, de sorte à former une zone isolante électrique vis-à-vis dudit fil. Les intervalles entre les doigts métalliques des caissons 13a sont décalés dans la direction longitudinale par rapport aux intervalles entre les doigts métalliques des caissons 13b. Ainsi, dans un plan transversal, les doigts métalliques des caissons 13a ne se trouvent pas en vis-à-vis des intervalles entre les doigts métalliques des caissons 13b. En d'autres termes, les intervalles entre les doigts métalliques sont agencés en quinconce. De manière connue en elle-même, les doigts métalliques sont formés par sérigraphie d'une encre ou d'une pâte électriquement conductrice, typiquement à base d'argent. Un avantage de ce deuxième mode de réalisation est qu'il nécessite une plus faible quantité d'encre ou de pâte électriquement conductrice que dans le premier mode de réalisation, la surface des doigts métalliques étant plus faible.Figures 5 and 6 illustrate, respectively in top view and in side view, a metallization scheme according to a second embodiment of the invention. The anode (+) wires are shown in solid lines while the (-) cathode wires are shown in broken lines. As in the first embodiment, the doped caissons 13a, 13b extend continuously over the length of the cell 1, alternately, in the transverse direction, between p + doped boxes 13a and n + doped boxes 13b. Metal fingers 15a1-15a4, 15b1-15b4 are formed respectively on each box 13a, 13b. In contrast to the first embodiment, said fingers are made discontinuously along said boxes, with a gap devoid of metallization in the longitudinal direction between two adjacent fingers on the same box. Each gap devoid of metallization is positioned to coincide with a region of a box intended to be in contact with a wire connecting the metal fingers of the boxes of opposite polarity, so as to form an electrical insulating zone vis-à-vis said thread. The intervals between the metal fingers of the caissons 13a are offset in the longitudinal direction relative to the intervals between the metal fingers of the caissons 13b. Thus, in a transverse plane, the metal fingers of the boxes 13a are not vis-à-vis the intervals between the metal fingers of the boxes 13b. In other words, the gaps between the metal fingers are staggered. In a manner known per se, the metal fingers are formed by serigraphy of an ink or an electrically conductive paste, typically based on silver. An advantage of this second embodiment is that it requires a smaller amount of ink or electrically conductive paste than in the first embodiment, the surface of the metal fingers being smaller.
Les fils 17 d'anode et de cathode s'étendent dans la direction transversale de la cellule 1, de manière alternée. Chaque fil d'anode est soudé à un doigt métallique de chaque caisson 13a, tandis que chaque fil de cathode est soudé à un doigt métallique de chaque caisson 13b, de sorte à assurer un contact électrique entre le fil et le doigt correspondant.The anode and cathode wires 17 extend in the transverse direction of the cell 1 alternately. Each anode wire is welded to a metal finger of each box 13a, while each cathode wire is welded to a metal finger of each box 13b, so as to ensure electrical contact between the wire and the corresponding finger.
En raison de la tension mécanique appliquée à chaque fil, le fil épouse sensiblement le relief de la face arrière de la cellule. Grâce à la discontinuité des doigts métalliques, chaque fil d'anode se trouve en contact alternativement avec un doigt métallique d'un caisson 13a, sur lequel il est avantageusement soudé, et avec l'empilement diélectrique 14 recouvrant une zone non métallisée d'un caisson 13b. De même, chaque fil de cathode se trouve en contact physique alternativement avec un doigt métallique d'un caisson 13b, sur lequel il est avantageusement soudé, et avec l'empilement diélectrique recouvrant une zone non métallisée d'un caisson 13a. Selon un autre mode de réalisation, les fils sont reliés électriquement aux doigts métalliques par collage plutôt que par soudure. Entre chaque fil électriquement conducteur et la zone non métallisée d'un caisson recouverte de l'empilement diélectrique 14, il existe donc un contact de type MIS (acronyme du terme anglo-saxon « Metal lnsulator Semiconductor »). La résistance électrique de ce contact peut être optimisée en variant les épaisseurs de l'empilement diélectrique 14 ou en optimisant les paramètres de croissance ou de dépôt des couches. Si cette résistance électrique est considérée comme procurant une isolation suffisante du fil vis-à-vis du caisson non métallisé, on pourra se contenter de ce contact MIS. Dans le cas contraire, on pourra déposer, sur cette zone de la face arrière, un plot électriquement isolant tel que décrit dans le premier mode de réalisation avant la mise en place des fils. L'intérêt de ce deuxième mode de réalisation dépend du niveau de tension mécanique du fil et de la précision d'alignement de ce dernier. En effet, dans ce mode de réalisation, la conduction du courant devra être assurée par les caissons dopés en l'absence des métallisations. Ce mode de réalisation sera donc d'autant plus performant que les intervalles entre les doigts métalliques d'un même caisson seront faibles, ce qui est possible si les tolérances d'alignement des fils sont faibles. En revanche, pour des tolérances d'alignement larges (c'est-à-dire typiquement supérieures à 2 mm), imposant des distances élevés entre deux doigts métalliques successifs sur un même caisson, des pertes de performances liées à une forte résistance électrique série sont possibles. Le premier mode de réalisation sera par conséquent plus performant dans ce dernier cas. Les figures 7 et 8 illustrent, respectivement en vue de dessus et en vue de côté, un schéma de métallisation selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Les fils d'anode (+) sont représentés en trait plein tandis que les fils de cathode (-) sont représentés en trait interrompu. Des caissons dopés 13a1-13a4, 13b1-13b4 s'étendent de manière discontinue sur la longueur de la cellule 1, selon une alternance, dans la direction transversale, entre caissons dopés p+ et caissons dopés n+. Contrairement au premier et au deuxième mode de réalisation, lesdits caissons sont réalisés de manière discontinue sur la longueur de la cellule, de telle sorte que les zones intermédiaires entre deux caissons alignés dopés selon un premier type ne se trouvent pas en vis-à-vis des zones intermédiaire entre deux caissons alignés dopés de type opposé au premier. En d'autres termes, les intervalles entre caissons sont agencés en quinconce. Chaque zone intermédiaire entre deux caissons d'une même polarité est positionnée de sorte à coïncider avec une région de l'empilement diélectrique destinée à être en contact avec un fil reliant les doigts métalliques de caissons de polarité opposée, de sorte à former une zone isolante électrique vis-à-vis dudit fil.Due to the mechanical tension applied to each wire, the wire substantially matches the relief of the rear face of the cell. Due to the discontinuity of the metal fingers, each anode wire is in contact alternately with a metal finger of a box 13a, on which it is advantageously welded, and with the dielectric stack 14 covering an unmetallized area of a box 13b. Similarly, each cathode wire is in physical contact alternately with a metal finger of a box 13b, on which it is advantageously welded, and with the dielectric stack covering an unmetallized zone of a box 13a. In another embodiment, the wires are electrically connected to the metal fingers by bonding rather than welding. Between each electrically conductive wire and the non-metallized zone of a box covered with the dielectric stack 14, there is therefore a contact type MIS (acronym for the term "Metal lnsulator Semiconductor"). The electrical resistance of this contact can be optimized by varying the thicknesses of the dielectric stack 14 or by optimizing the growth or deposition parameters of the layers. If this electrical resistance is considered to provide sufficient insulation of the wire vis-à-vis the non-metallized box, we can be satisfied with this contact MIS. In the opposite case, it will be possible to deposit, on this area of the rear face, an electrically insulating pad as described in the first embodiment before the placement of the wires. The interest of this second embodiment depends on the mechanical tension level of the wire and the alignment accuracy of the latter. Indeed, in this embodiment, the conduction of the current will be provided by the doped caissons in the absence of metallizations. This embodiment will therefore be all the more efficient that the intervals between the metal fingers of the same box will be small, which is possible if the alignment tolerances of the son are low. However, for wide alignment tolerances (that is to say typically greater than 2 mm), imposing high distances between two successive metal fingers on the same box, performance losses related to a strong series electrical resistance are possible. The first embodiment will therefore be more efficient in the latter case. Figures 7 and 8 illustrate, respectively in top view and in side view, a metallization scheme according to a third embodiment of the invention. The anode (+) wires are shown in solid lines while the (-) cathode wires are shown in broken lines. Doped wells 13a1-13a4, 13b1-13b4 extend discontinuously along the length of the cell 1, alternately in the transverse direction between p + doped wells and n + doped wells. In contrast to the first and second embodiments, said boxes are made discontinuously along the length of the cell, so that the intermediate zones between two aligned boxes doped according to a first type are not opposite each other. intermediate zones between two aligned doped boxes of the opposite type to the first. In other words, the intervals between boxes are arranged in staggered rows. Each intermediate zone between two boxes of the same polarity is positioned so as to coincide with a region of the dielectric stack intended to be in contact with a wire connecting the metallic fingers of boxes of opposite polarity, so as to form an insulating zone. electric against said wire.
Des doigts métalliques 15a1-15a4, 15b1-15b4 sont formés respectivement sur toute ou quasiment toute la longueur de chaque caisson respectif 13a1-13a4, 13b1-13b4. Lesdits doigts métalliques présentent donc la même discontinuité que les caissons. De manière connue en elle-même, les doigts métalliques sont formés par sérigraphie d'une encre ou d'une pâte électriquement conductrice, typiquement à base d'argent.Metal fingers 15a1-15a4, 15b1-15b4 are respectively formed over all or almost the entire length of each respective box 13a1-13a4, 13b1-13b4. Said metal fingers therefore have the same discontinuity as the boxes. In a manner known per se, the metal fingers are formed by serigraphy of an ink or an electrically conductive paste, typically based on silver.
Les fils 17 d'anode et de cathode s'étendent dans la direction transversale de la cellule 1, de manière alternée. Chaque fil d'anode est soudé à un doigt métallique d'un caisson 13a, tandis que chaque fil de cathode est soudé à un doigt métallique d'un caisson 13b, de sorte à assurer un contact électrique entre le fil et le doigt correspondant. En raison de la tension mécanique appliquée à chaque fil, le fil épouse sensiblement le relief de la face arrière de la cellule. Grâce à la discontinuité des caissons et des doigts métalliques, chaque fil d'anode se trouve en contact alternativement avec un doigt métallique d'un caisson dopé p+, sur lequel il est soudé, et avec l'empilement diélectrique 14 recouvrant une zone non dopée du substrat 10 s'étendant entre deux caissons dopés de type n+. De même, chaque fil de cathode se trouve en contact physique alternativement avec un doigt métallique d'un caisson dopé de type n+, sur lequel il est soudé, et avec l'empilement diélectrique recouvrant une zone non dopée du substrat 10 s'étendant entre deux caissons dopés de type p+. Entre chaque fil électriquement conducteur et la zone non dopée du substrat 10 recouverte de l'empilement diélectrique 14, il existe donc un contact de type MIS (acronyme du terme anglo-saxon « Metal lnsulator Semiconductor »). La résistance électrique de ce contact peut être optimisée en variant les épaisseurs de l'empilement diélectrique 14 ou en optimisant les paramètres de croissance ou de dépôt des couches. Si cette résistance électrique est considérée comme procurant une isolation suffisante du fil vis-à-vis du caisson non métallisé, on pourra se contenter de ce contact MIS. Dans le cas contraire, on pourra former un plot électriquement isolant tel que décrit dans le premier mode de réalisation avant la mise en place des fils. Dans ce troisième mode de réalisation, les surfaces des caissons dopés sont réduites en fonction de la précision d'alignement des fils. Par conséquent, la performance de la cellule est fortement dépendante de la capacité des porteurs photogénérés au- dessus d'une zone non dopée du substrat de diffuser vers un caisson dopé. Cette contrainte est liée à la qualité du substrat et à la passivation des surfaces. Dans le cas où la distance entre les caissons dopés est élevée (c'est-à-dire typiquement supérieure à 2 mm), il sera préférable de conserver le premier ou le deuxième mode de réalisation. Afin de permettre la mise en série des cellules IBC décrites plus haut, un premier mode de production consiste à de fabriquer deux types de géométrie pour permettre la connectique en série, de sorte à ne pas placer en vis-à-vis deux caissons dopés du même type à l'interface entre deux cellules adjacentes. La figure 9 illustre la mise en module de cellules conformes au premier mode de réalisation (figures 3A et 4A). Ce module met en oeuvre alternativement deux schémas de métallisation (cellules 1 et 1') permettant de faire en sorte qu'a l'interface entre deux cellules adjacentes 1, 1', les fils de polarité négative de la cellule 1 viennent en contact avec les doigts métalliques des caissons de polarité positive de la cellule 1', et inversement. Par rapport à la cellule 1, les plots isolants 16a, 16b de la cellule 1' sont donc décalés longitudinalement. La figure 9 illustre la mise en module de cellules conformes au deuxième mode de réalisation (figures 5 et 6). Ce module met en oeuvre alternativement deux schémas de métallisation (cellules 1 et 1') permettant de faire en sorte qu'a l'interface entre deux cellules adjacentes 1, 1', les fils de polarité négative de la cellule 1 viennent en contact avec les doigts métalliques des caissons de polarité positive de la cellule 1', et inversement. Par rapport à la cellule 1, les zones dépourvues de métallisation de la cellule 1' sont donc décalés longitudinalement. Bien que non représentée, la mise en module des cellules conformes au troisième mode de réalisation (figures 7 et 8) peut être réalisée selon un principe similaire. Pour simplifier la production et permettre la fabrication d'une seule géométrie de cellule, on crée avantageusement une asymétrie lors de la formation des caissons dopés n+ et p+ dans le substrat. Dans ce cas, comme illustré sur la figure 11, une cellule 1' est placée par rapport à une cellule 1 adjacente, avec une rotation de 180°C pour que les zones de type opposé puissent être connectées ensemble via les fils. Cette asymétrie est de préférence optimisée de façon à recouvrir les bords de la cellule au maximum par des caissons dopés afin d'améliorer les performances de la cellule.The anode and cathode wires 17 extend in the transverse direction of the cell 1 alternately. Each anode wire is welded to a metal finger of a box 13a, while each cathode wire is welded to a metal finger of a box 13b, so as to ensure electrical contact between the wire and the corresponding finger. Due to the mechanical tension applied to each wire, the wire substantially matches the relief of the rear face of the cell. Thanks to the discontinuity of the caissons and metal fingers, each anode wire is in alternating contact with a metal finger of a p + doped box, on which it is welded, and with the dielectric stack 14 covering an undoped area. substrate 10 extending between two n + type doped wells. Likewise, each cathode wire is in physical contact alternately with a metal finger of an n + doped box, on which it is soldered, and with the dielectric stack covering an undoped area of the substrate 10 extending between two doped p + type caissons. Between each electrically conductive wire and the undoped area of the substrate 10 covered with the dielectric stack 14, there is therefore a contact type MIS (acronym for the term "Metal Insulator Semiconductor"). The electrical resistance of this contact can be optimized by varying the thicknesses of the dielectric stack 14 or by optimizing the growth or deposition parameters of the layers. If this electrical resistance is considered to provide sufficient insulation of the wire vis-à-vis the non-metallized box, we can be satisfied with this contact MIS. In the opposite case, it will be possible to form an electrically insulating pad as described in the first embodiment before the introduction of the wires. In this third embodiment, the surfaces of the doped caissons are reduced as a function of the alignment accuracy of the wires. Therefore, the cell performance is highly dependent on the ability of the photogenerated carriers over an undoped area of the substrate to diffuse to a doped well. This constraint is related to the quality of the substrate and the passivation of the surfaces. In the case where the distance between the doped caissons is high (that is to say typically greater than 2 mm), it will be preferable to retain the first or the second embodiment. In order to allow the series of IBC cells described above to be put in series, a first production method consists of manufacturing two types of geometry to allow serial connection, so as not to place two doped boxes opposite each other. same type at the interface between two adjacent cells. FIG. 9 illustrates the module formatting of cells according to the first embodiment (FIGS. 3A and 4A). This module implements alternately two metallization schemes (cells 1 and 1 ') making it possible for the interface between two adjacent cells 1, 1', the negative polarity wires of the cell 1 to come into contact with each other. the metal fingers of the boxes of positive polarity of the cell 1 ', and vice versa. With respect to the cell 1, the insulating pads 16a, 16b of the cell 1 'are therefore offset longitudinally. FIG. 9 illustrates the module formatting of cells according to the second embodiment (FIGS. 5 and 6). This module implements alternately two metallization schemes (cells 1 and 1 ') making it possible for the interface between two adjacent cells 1, 1', the negative polarity wires of the cell 1 to come into contact with each other. the metal fingers of the boxes of positive polarity of the cell 1 ', and vice versa. With respect to the cell 1, the zones without metallization of the cell 1 'are therefore offset longitudinally. Although not shown, the modulating of the cells according to the third embodiment (FIGS. 7 and 8) can be carried out according to a similar principle. To simplify the production and to allow the production of a single cell geometry, asymmetry is advantageously created during the formation of n + and p + doped cells in the substrate. In this case, as illustrated in FIG. 11, a cell 1 'is placed relative to an adjacent cell 1, with a rotation of 180 ° C so that the zones of the opposite type can be connected together via the wires. This asymmetry is preferably optimized so as to cover the edges of the cell to the maximum by doped boxes to improve the performance of the cell.
Pour fabriquer le module, on met en place les cellules photovoltaïques destinées à le constituer, les cellules étant à ce stade dépourvues des fils électriquement conducteurs. Une fois les cellules positionnées de manière adéquate les unes par rapport aux autres, on met en place les fils électriquement conducteurs de sorte que chaque fil relie électriquement les doigts métalliques d'une polarité donnée d'une cellule avec les doigts métalliques de polarité opposée d'une cellule adjacente. Cette liaison électrique entre les fils et les doigts peut être réalisée par soudure ou par collage.In order to manufacture the module, the photovoltaic cells intended to constitute it are put in place, the cells being at this stage devoid of electrically conductive wires. Once the cells are positioned correctly relative to each other, the electrically conductive wires are put in place so that each wire electrically connects the metal fingers of a given polarity of a cell with the metal fingers of opposite polarity d an adjacent cell. This electrical connection between the son and the fingers can be achieved by welding or gluing.
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