FR3026563A1 - Procede de realisation d'une cellule photovoltaique a homojonction - Google Patents
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Abstract
Procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque (100), comportant les étapes suivantes : - réalisation d'un masque (108) sur une face (104) d'un substrat (102) semi-conducteur, le masque étant muni d'une ouverture (110) et comportant un matériau apte à former une barrière vis-à-vis de dopants d'un premier type ; - gravure isotrope d'une partie du substrat à travers l'ouverture, sélectivement au masque et formant une cavité (112) s'étendant en regard de l'ouverture et sous une partie (114) du masque en périphérie de l'ouverture ; - implantation directive de dopants du premier type dans une première région (116) du substrat, au fond de la cavité, une deuxième région (118) du substrat sous ladite partie n'étant pas dopée ; le procédé comportant la réalisation, sur la face du substrat, d'une troisième région (115) dopée selon un second type ; et dans lequel la deuxième région forme une isolation électrique entre les première et troisième régions.
Description
PROCEDE DE REALISATION D'UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE A HOMOJONCTION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine des cellules photovoltaïques à homojonction et comprenant un substrat muni d'une face principale au niveau de laquelle sont formées des régions alternativement dopées selon des types de conductivité opposés, et notamment un procédé de réalisation d'une telle cellule photovoltaïque.
Une cellule photovoltaïque à homojonction comporte une jonction p-n formée dans un même matériau semi-conducteur et permettant de convertir directement les photons reçus en un signal électrique. L'homojonction est par exemple formée dans un substrat en silicium cristallin comprenant deux régions dopées selon des types de conductivité opposés (N et P). Une telle homojonction peut être réalisée à partir d'un substrat en silicium dopé selon un premier type de conductivité (par exemple un dopage de type N) et dans lequel est formée une région dopée selon un deuxième type de conductivité opposé au premier type (par exemple un dopage de type P). Cette région dopée, couramment appelée émetteur, est généralement formée depuis la face avant du substrat, c'est-à-dire la face du substrat destinée à recevoir le rayonnement solaire. Un exemple d'une telle cellule photovoltaïque 10 à homojonction est représenté sur la figure 1. La cellule 10 comporte un substrat 12 en silicium de type N. La face arrière de la cellule 10 est formée par une région 14 dopée N+. La face avant de la cellule 10 est formée par une région 16 dopée P+. Des premiers contacts électriques 18 sont disposés sur la face avant de la cellule 10, en contact avec la région 16, et des deuxièmes contacts électriques 20 sont disposés sur la face arrière de la cellule 10, en contact avec la région 14.
Il existe un autre type de cellules photovoltaïques dans lesquelles les deux régions dopées selon des types de conductivité opposés sont formées sur la face arrière de la cellule, en réalisant des caissons dopés alternativement N et P les uns à côté des autres au niveau de la face arrière. Un exemple d'une telle cellule photovoltaïque 50, appelée cellule photovoltaïque à homojonction et à contacts interdigités en face arrière, est représentée sur la figure 2. La cellule 50 comporte un substrat 12 en silicium de type N. Des caissons 52 dopés N+ et des caissons 54 dopés P+ sont réalisés par dopage au niveau de la face arrière de la cellule 50. Des premiers contacts électriques 56 sont réalisés sur les caissons 52 et des deuxièmes contacts électriques 58 sont réalisés sur les caissons 54. Les premiers et deuxièmes contacts électriques 56, 58 sont réalisés sous la forme de doigts interdigités. Par rapport à une cellule à homojonction comportant des contacts électriques sur ses faces avant et arrière, une cellule à homojonction et à contacts interdigités en face arrière permet de générer un courant plus important du fait de l'absence de contact électrique sur la face avant de la cellule permettant à la cellule de recevoir plus de lumière au niveau de sa face avant. Toutefois, les procédés de fabrication des cellules à homojonction et à contacts interdigités en face arrière sont plus complexes, en termes de nombre d'étapes, que ceux des cellules à homojonction comportant des contacts en faces avant et arrière. La réalisation des caissons dopés en face arrière nécessite notamment des étapes répétées de dépôt de couche barrière, de gravure localisée et de diffusion de dopants. De plus, une attention particulière doit être apportée à l'isolation des régions P+ et N+ entre elles au niveau de la face arrière de la cellule car elles ne doivent pas se superposer au risque de voir apparaitre des jonctions parasites et des courants de fuite aux interfaces des régions dopées.
EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à homojonction comportant des régions dopées selon des types de conductivité opposés et disposées sur une même face d'un substrat semi-conducteur comportant un nombre d'étapes inférieur aux procédés de l'art antérieur et facilitant la réalisation de l'isolation entre ces régions. Pour cela, l'invention propose un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à homojonction, comportant au moins la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation d'un masque sur une face principale d'un substrat comportant au moins un semi-conducteur, le masque étant muni d'au moins une ouverture et comportant au moins un matériau apte à former une barrière vis-à-vis de dopants d'un premier type de conductivité ; - gravure isotrope d'une partie du substrat à travers l'ouverture, la gravure étant sélective vis-à-vis du masque et forme dans le substrat au moins une cavité s'étendant en regard de l'ouverture et sous au moins une partie du masque se trouvant en périphérie de l'ouverture ; - implantation, de préférence directive, de dopants du premier type de conductivité dans au moins une première région du substrat se trouvant au fond de la cavité, et telle qu'au moins une deuxième région du substrat disposée sous ladite partie du masque ne soient pas dopée ; le procédé comportant en outre la réalisation, au niveau de la face principale du substrat, d'au moins une troisième région dopée selon un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité ; et dans lequel la deuxième région est apte à assurer une isolation électrique entre les première et troisième régions. Ce procédé permet de réaliser simplement la localisation des dopants pour former les régions N et P de la cellule photovoltaïque, correspondant aux première et troisième régions, tout en isolant ces régions dopées en préservant une zone non dopée entre ces régions correspondant à la deuxième région. Ce procédé permet notamment de réaliser cette deuxième région d'isolation de manière auto-alignée par rapport aux première et troisième région. Ce procédé permet également de former les régions N et P de la cellule photovoltaïque en ne faisant appel qu'a un seul masque, ou une seule couche barrière, et une seule étape de gravure localisée. La face principale du substrat sur laquelle le masque est réalisé correspond à la face du substrat se trouvant du côté de la face arrière de la cellule photovoltaïque. Le terme « couche barrière » ou « masque » désigne ici au moins une couche de matériau apte à bloquer des dopants, c'est-à-dire apte à former une barrière vis-à-vis de ces dopants. Les dopants reçus par le masque, ou la couche barrière, au niveau d'une première face principale sont absorbés par celui-ci et ne ressortent pas de celui-ci notamment au niveau d'une deuxième face principale opposée à la première face principale. Le masque peut être réalisé par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation d'une couche barrière sur ladite face principale du substrat ; - réalisation d'au moins une ouverture à travers la couche barrière. Selon un premier mode de réalisation : - la réalisation de la troisième région peut comporter, avant la réalisation du masque, la mise en oeuvre d'un dopage selon le second type de conductivité à travers la face principale du substrat, formant dans le substrat une couche de semi-conducteur dopé incluant la face principale du substrat, et d'un traitement thermique activant les dopants se trouvant dans la couche de semi- conducteur dopé, au moins une première partie de la couche de semi-conducteur dopé pouvant former la troisième région ; - la gravure isotrope du substrat peut être réalisée jusqu'à une profondeur supérieure à l'épaisseur de la couche de semi-conducteur dopé et peut éliminer au moins une deuxième partie de la couche de semi-conducteur dopé se trouvant sous ladite partie du masque et qui est juxtaposée à la troisième région ; - le masque peut être retiré après l'implantation directive de dopants dans la première région ; et le procédé peut comporter en outre, après l'implantation directive de dopants dans la première région, la mise en oeuvre d'un recuit activant les dopants implantés dans la première région. Dans ce premier mode de réalisation, il est possible que : - le dopage selon le second type de conductivité comporte une implantation ionique ou un dopage par source dopante, et que le traitement thermique activant les dopants de la couche de semi-conducteur dopé comporte un recuit de la couche de semi-conducteur dopé, ou - le dopage selon le second type de conductivité et le traitement thermique activant les dopants de la couche de semi-conducteur dopé comportent une diffusion thermique gazeuse. Le recuit activant les dopants implantés dans la première région peut être mis en oeuvre sous une atmosphère oxydante formant une couche d'oxyde de semi-conducteur recouvrant les première, deuxième et troisième régions.
Selon un deuxième mode de réalisation, le masque peut correspondre à au moins une couche dopée selon le second type de conductivité, le procédé pouvant comporter en outre la mise en oeuvre, après l'implantation directive de dopants dans la première région : - d'un recuit activant les dopants implantés dans la première région et diffusant des dopants depuis la couche dopée selon le second type de conductivité dans le substrat, formant ainsi la troisième région, et - d'un retrait du masque.
Dans ce deuxième mode de réalisation, la couche dopée selon le second type de conductivité peut correspondre à un bicouche comportant une première couche non dopée apte à former la barrière vis-à-vis des dopants du premier type de conductivité, par exemple une couche de nitrure de semiconducteur non dopé ou une couche d'A1203 non dopé, et une deuxième couche, par exemple de nitrure de semi-conducteur, dopée comportant les dopants selon le second type de conductivité, la deuxième couche étant disposée entre la première couche et la face principale du substrat. Le procédé selon le deuxième mode de réalisation peut comporter en outre, après le retrait du masque, une oxydation formant une couche d'oxyde de semi-conducteur recouvrant les première, deuxième et troisième régions. La gravure isotrope du substrat peut être une gravure chimique, et/ou le substrat peut être initialement dopé selon le premier type de conductivité et avec un niveau de dopage inférieur à celui de la première région.
Plusieurs premières régions et plusieurs troisièmes régions peuvent être réalisées les unes à côtés des autres dans le substrat de manière alternée. Le procédé peut comporter en outre la réalisation de premier et deuxième contacts électriques respectivement sur les première et troisième régions. Les premier et deuxième contacts électriques peuvent être réalisés sous la forme de doigts interdigités. L'invention porte également sur une cellule photovoltaïque à homojonction comportant au moins : un substrat semi-conducteur ; une cavité s'étendant à travers une face principale du substrat et dans une partie de l'épaisseur du substrat ; - au moins une première région du substrat dopée selon le premier type de conductivité et disposée au fond de la cavité ; - au moins une troisième région du substrat dopée selon un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, et disposée au niveau de la face principale du substrat ; - au moins une deuxième région du substrat non dopée, interposée entre les première et troisième régions et apte à assurer une isolation électrique entre les première et troisième régions. Ladite partie de l'épaisseur du substrat dans laquelle s'étend la cavité peut être supérieure à une épaisseur de la troisième région, et/ou le substrat peut être dopé selon le premier type de conductivité et avec un niveau de dopage inférieur à celui de la première région. La cellule photovoltaïque peut comporter en outre une couche d'oxyde de semi-conducteur recouvrant les première, deuxième et troisième régions, et/ou peut comporter plusieurs premières régions et plusieurs troisièmes régions disposées les unes à côtés des autres dans le substrat de manière alternée, et/ou peut comporter des premier et deuxième contacts électriques disposés respectivement sur les première et troisième régions. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une cellule photovoltaïque à homojonction comportant des contacts électriques en face avant et en face arrière ; - la figure 2 représente une cellule à homojonction et à contacts interdigités en face arrière ; - les figures 3 à 9 représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à homojonction, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ; - les figures 10 à 16 représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à homojonction, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord aux figures 3 à 9 qui représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque 100 à homojonction selon un premier mode de réalisation. Comme représenté sur la figure 3, le procédé est mis en oeuvre à partir d'un substrat 102 semi-conducteur, par exemple un substrat de silicium cristallin. Le substrat 102 est dopé selon un premier type de conductivité, par exemple de type N, et sa résistivité est par exemple comprise entre environ 0,5 et 10 Ohm.cm. Un dopage pleine plaque à travers une face principale 104 du substrat 102 est ensuite mis en oeuvre afin de former, dans le substrat 102 et au niveau de toute la face avant 104, une couche 106 de semi-conducteur dopé selon une second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, c'est-à-dire ici de type P+. La couche 106 inclut la face principale 104 du substrat 102. Des premières parties de cette couche 106 sont destinées à former la région émettrice de type P+ de la cellule 100. L'épaisseur (dimension selon l'axe Z) de cette couche 106, c'est-à-dire la profondeur jusqu'à laquelle le dopage est réalisé dans le substrat 102, peut être comprise entre environ 50 nm et 2 iim, et peut comporter un niveau de dopage compris entre environ 5.10' at/cm2 et 1021 aticm2.
Ce dopage, implantant des dopants de type P dans la partie du substrat 102 correspondant à la couche 106, peut être réalisé par implantation ionique (par exemple par faisceau d'ions ou par immersion plasma avec des ions B ou Ar) ou bien en utilisant une source dopante de type SiO(B), SiN(B) ou encore Alx0y, déposée par PVD (dépôt physique en phase vapeur), PECVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma), pulvérisation (« sputtering ») ou centrifugation (« spin-on »). Ce dopage peut alors être suivi d'un recuit, par exemple à une température comprise entre environ 800°C et 1100°C et pendant une durée comprise entre environ 5 min et 60 min, activant thermiquement les dopants implantés dans la couche 106. En variante, le dopage et le traitement thermique activant les dopants de la couche 106 peuvent être réalisés par une étape de diffusion thermique gazeuse à partir de gaz BCI3 ou BBr3. La résistance par carré du semi-conducteur dopé de la couche 106 peut être comprise entre environ 10 et 300 Ohm/carré. La face principale 104 du substrat 102 correspond à la face du substrat qui est destinée à se trouver du côté de la face arrière de la cellule 100, c'est-à-dire la face qui n'est pas destinée à recevoir les rayons lumineux. Une couche barrière 108 est ensuite formée sur la face avant 104 du substrat 102, recouvrant ainsi la couche 106. Cette couche barrière 108 comporte par exemple du SiC, du Si02, du SiNx ou de l'Alx0y et est par exemple déposée par PECVD, PVD ou par centrifugation. La couche barrière 108 a par exemple une épaisseur comprise entre environ 50 et 500 nm. Le ou les matériaux de la couche barrière 108 ainsi que son épaisseur sont choisis tels que la couche barrière 108 soit apte à bloquer des dopants, c'est-à-dire apte à former une barrière vis-à-vis de ces dopants. Les dopants reçus par la couche barrière 108 au niveau d'une première face (celle se trouvant du côté opposé à la face principale 104) sont absorbés par la couche barrière 108 et ne ressortent pas de la couche barrière 108, notamment au niveau de sa face qui est disposée contre la face principale 104 du substrat 102.
Une première étape de gravure localisée de la couche barrière 108, par exemple par laser (longueur d'onde par exemple comprise entre environ 248 nm et 1024 nm, avec une durée d'impulsion comprise entre environ 10 fs et 300 ns et une énergie comprise entre environ 1 mJ/cm2 et 1 J/cm2) ou en ayant réalisé au préalable une étape de photolithographie de la couche barrière 108, est ensuite mise en oeuvre afin d'ouvrir localement la couche barrière 108 et former une ou plusieurs ouvertures 110 à travers la couche barrière 108 en regard de la ou des régions dopées N+ destinées à être réalisées ultérieurement dans le substrat 102 (figure 4). Les ouvertures 110 forment par exemple, dans un plan parallèle à la face principale 104 du substrat 102 (parallèle au plan (X,Y)), des motifs localisés en forme de points, de section circulaire ou d'une autre forme. Il est également possible que les ouvertures 110 forment des tranchées, c'est-à-dire comportent des motifs de lignes, à travers la couche barrière 108. Les dimensions des ouvertures 110 dans le plan parallèle à la face principale 104 du substrat 102, c'est-à-dire par exemple le diamètre dans le cas d'ouvertures 110 de forme circulaire ou bien la largeur des tranchées formées par les ouvertures 110, sont par exemple comprises entre environ 10 iim et 3000 iim. La largeur d'une des ouvertures 110 correspond par exemple à la dimension selon l'axe X de l'ouverture 110 représentée sur la figure 4. Les motifs, le nombre et les dimensions des ouvertures 110 correspondent aux motifs, au nombre et aux dimensions des régions dopées N+ destinées à être réalisées ultérieurement. La couche barrière forme alors un masque 108 muni des ouvertures 110. En variante, cette gravure peut être prolongée afin de graver localement les parties de la couche 106 localisées sous les ouvertures 110 formées dans la couche barrière 108, ce qui permet de réaliser cette gravure de la couche barrière 108 sans besoin de sélectivité vis-à-vis de la couche 106. Une deuxième étape de gravure isotrope, par exemple une gravure chimique sélective telle qu'une gravure utilisant une solution de KOH concentré, est ensuite mise en oeuvre afin de graver des parties du substrat 102 (y compris la couche 106) se trouvant en regard des ouvertures 110 et également sous la couche barrière 108 en périphérie des ouvertures 110, créant ainsi dans le substrat 102 des cavités 112 s'étendant jusque sous des parties 114 de la couche barrière 108 localisées en périphérie des ouvertures 110 (figure 5). L'utilisation d'une solution de KOH concentré (par exemple avec une concentration de KOH égale à environ 20 %) permet d'atteindre une vitesse de gravure du silicium de l'ordre de 2 iim/min. Si la largeur d'une ouverture 110 est égale à environ 100 iim, une gravure mise en oeuvre pendant environ cinq minutes permet de graver environ 10 iim de silicium, et cela dans toutes les directions, c'est-à-dire autant verticalement qu'horizontalement, et donc de réaliser une cavité 112 ayant une largeur égale à environ 120 iim, cette largeur correspondant par exemple au diamètre de la cavité 112 dans le cas d'une ouverture 110 de section circulaire dans le plan principal de la couche barrière 108. Cette deuxième étape de gravure permet de graver de manière sélective le substrat 102 vis-à-vis de la couche barrière 108 et forme ainsi les parties 114 de la couche barrière 108 qui s'étendent au-dessus des cavités 112. La largeur L de ces parties 114 dépend directement de la durée pendant laquelle cette deuxième étape de gravure est mise en oeuvre. Dans l'exemple cité ci-dessus dans lequel la gravure est mise en oeuvre pendant 5 minutes avec une vitesse de gravure du semi-conducteur du substrat 102 d'environ 2 11m/min, cette largeur L est égale à environ 10 iim. La tenue mécanique des parties 114 de la couche barrière 108 est favorisée par une durée de gravure limitée afin que les cavités 112 ne soient pas trop larges par rapport aux ouvertures 110, au risque de voir s'effondrer ces parties 114. Par exemple, pour une largeur L d'au moins 2 iim permettant d'avoir une isolation correcte dans la cellule 100, le rapport entre la largeur de la cavité 112 et la largeur de l'ouverture 110 est d'au moins environ 1,04. De plus, ce rapport est de préférence inférieur à environ 1,4. Cette deuxième étape de gravure élimine les parties de la couche 106 qui se trouvent en regard des ouvertures 110, mais également des deuxièmes parties de la couche 106 localisées sous les parties 114 de la couche barrière 108. Des portions restantes 115 de la couche 106 juxtaposées à ces deuxièmes parties de la couche 106 correspondent aux régions dopées P+ de la cellule 100. Des caissons de semi-conducteur dopé dont la conductivité est de type opposé à celui du dopage précédemment réalisé pour former la couche 106 sont ensuite réalisés. Pour cela, une implantation ionique directive de dopants selon le premier type de conductivité (ici de type N) est tout d'abord mise en oeuvre dans une ou plusieurs régions 116 du substrat 102 (figure 6). Les faisceaux d'ions sont orientés perpendiculairement au plan principal de la couche barrière 108, c'est-à-dire perpendiculairement au plan (X,Y) sur la figure 6. Une partie des ions sont implantés dans le substrat 102, dans la ou les régions 116 se trouvant au fond des cavités 112, le reste des ions étant stoppés et absorbés par la couche barrière 108 qui forme donc un masque lors de cette implantation de dopants.
Ainsi, en utilisant la propriété directionnelle de l'implantation, un ou plusieurs régions 118 du substrat 102 se trouvant en regard des parties 114 de la couche barrière 108 sont protégées de ces faisceaux d'ions par ces parties 114 et ne sont pas dopées. Les largeurs L des régions 118 sont égales à celles des parties 114.
La ou les régions 116 dopées N+ sont isolées de la ou des régions 115 dopées P+ grâce aux régions 118 qui sont non dopées. La ou les régions 116 du substrat 102 ont chacune une section, dans un plan parallèle au plan principal du substrat 102 (plan (X,Y)), de forme et de dimensions similaires à celles de la section de l'ouverture 110 se trouvant en regard de la région 116. Cette implantation ionique est par exemple mise en oeuvre par implantation de phosphore avec une dose comprise entre environ 10' et 5.1015 at/cm2et par exemple égale à environ 2.1015 atomes/cm2, et avec une énergie égale environ 10 KeV.
Comme représenté sur la figure 7, la couche barrière 108 est ensuite retirée à l'aide d'une gravure chimique (par exemple avec une solution de HF de concentration égale à environ 10 %). Enfin, un recuit thermique est mis en oeuvre, par exemple à une température égale à environ 840°C et pendant une durée comprise entre environ 5 min et 60 min, afin d'activer les dopants implantés dans les régions 116, créant ainsi des régions 120 dopées N+ correspondant à des régions de BSF (champ de surface arrière) isolées de l'émetteur de la cellule 100 formé par les régions 115 dopées P+ (figure 8). La cellule photovoltaïque 100 obtenue présente donc des première régions 120 dopées selon un premier type de conductivité (N+) et des troisièmes régions 115 dopées selon un deuxième type de conductivité (P+) séparées et isolées les unes des autres par des deuxièmes régions non dopées 118, et se trouvant du côté de la face arrière de la cellule photovoltaïque 100. Un ajout d'une atmosphère oxydante, par exemple un ajout d'oxygène, pendant le recuit activant les dopants implantés dans la ou les régions 116 peut être réalisé afin de former une couche de passivation 121, ici d'oxyde de silicium, de bonne qualité sur l'ensemble de la face arrière de la cellule 100, c'est-à-dire recouvrant les régions 115, 118 et 120.
La cellule photovoltaïque 100 est ensuite achevée notamment en formant des contacts électriques sur la face arrière de la cellule 100, par exemple sous la forme de contacts interdigités réalisés par sérigraphie en s'alignant sur les régions dopées 115 et 120 précédemment réalisées. La figure 9 représente une vue de dessus d'une partie de la face arrière de la cellule 100 sur laquelle sont réalisés des premiers contacts électriques 122 reliés à aux régions 115 dopées P+ et des deuxièmes contacts électriques 124 reliés aux régions 120 dopées N+. Les figures 10 à 16 représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque 100 à homojonction et à contacts électriques en face arrière selon un deuxième mode de réalisation. Une couche 150 dopée selon le deuxième type de conductivité (ici de type P) est tout d'abord réalisée sur la face avant 104 du substrat 102 (figure 10). Cette couche 150 servira par la suite à former les régions 115 dopée P+ de la cellule 100 lors d'un recuit ultérieur et également à servir de masque lors de l'implantation ionique directionnelle dans les régions 116 (fonction remplie par la couche barrière 108 dans le premier mode de réalisation). La couche 150 est suffisamment épaisse pour arrêter les dopants lors de l'étape d'implantation ionique directive (et donc pour former une couche barrière) tout en assurant la fonction de réservoir de dopants pour former les régions 115 dopées P+ lors du recuit ultérieur. Pour cela, la couche 150 peut être un bicouche de type SiN(B)/SiNx, la couche de SiNx favorisant l'arrêt des dopants lors de l'implantation ionique directive dans les régions 116 tandis que la couche de SiN(B), c'est-à-dire comportant du SiN dopé par des atomes de bore, permet une diffusion des dopants (atomes de bore) lors de l'étape de recuit thermique ultérieur pour former les régions 115. La couche 150 peut également être un bicouche de type SiN(B)/Si02, A1203/SiNx, ou encore A1203/Si02.
La première étape de gravure localisée est ensuite réalisée, formant les ouvertures 110 à travers la couche dopée 150, qui forme alors un masque 150 (figure 11). La deuxième étape de gravure isotrope et sélective du semi- conducteur du substrat 102 vis-à-vis du ou des matériaux de la couche 150 est ensuite mise en oeuvre, formant la ou les cavités 112 de manière analogue au premier mode de réalisation (figure 12). La ou les cavités 112 s'étendent jusque sous des parties 152 de la couche dopée 150 localisées en périphérie des ouvertures 110, similaires aux parties 114 de la couche barrière 108.
L'implantation ionique directive est ensuite réalisée, implantant des dopants de type N dans les régions 116 se trouvant au fond des cavités 112 et formant les régions d'isolation 118 (figure 13). Les dopants arrivant sur la couche 150 sont stoppés par celle-ci. Un recuit thermique, par exemple similaire à celui du premier mode de réalisation, est ensuite mis en oeuvre, formant la ou les régions 115 dopées p+ grâce à la diffusion des dopants initialement présenté dans la couche dopée 150 à travers la face avant 104 du substrat 102, et formant également les régions 120 dopées N+ au fond des cavités 112 (figure 14). La couche dopée 150 est ensuite supprimée, par exemple par gravure (figure 15). Une couche d'oxyde 121 peut enfin être formée via une oxydation de l'ensemble des régions 115, 118 et 120 (figure 16). Les contacts électriques 122, 124 reliés aux régions dopées 115 et 120 sont ensuite réalisés, comme précédemment décrit.
En variante des deux modes de réalisation précédemment décrits, il est possible que le premier type de dopage soit le type P et que le deuxième type de dopage soit le type N, formant ainsi une ou plusieurs régions 115 dopées N+ et un ou plusieurs régions 120 dopées P+.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque (100) à homojonction, comportant au moins la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation d'un masque (108, 150) sur une face principale (104) d'un substrat (102) comportant au moins un semi-conducteur, le masque (108, 150) étant muni d'au moins une ouverture (110) et comportant au moins un matériau apte à former une barrière vis-à-vis de dopants d'un premier type de conductivité ; - gravure isotrope d'une partie du substrat (102) à travers l'ouverture (110), la gravure étant sélective vis-à-vis du masque (108, 150) et forme dans le substrat (102) au moins une cavité (112) s'étendant en regard de l'ouverture (110) et sous au moins une partie (114, 152) du masque (108, 150) se trouvant en périphérie de l'ouverture (110); - implantation de dopants du premier type de conductivité dans au moins une première région (116, 120) du substrat (102) se trouvant au fond de la cavité (112), et telle qu'au moins une deuxième région (118) du substrat (102) disposée sous ladite partie (114, 152) du masque (108, 150) ne soient pas dopée ; le procédé comportant en outre la réalisation, au niveau de la face principale (104) du substrat (102), d'au moins une troisième région (115) dopée selon un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité ; et dans lequel la deuxième région (118) est apte à assurer une isolation électrique entre les première et troisième régions (115, 116, 120).
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel : - la réalisation de la troisième région (115) comporte, avant la réalisation du masque (108), la mise en oeuvre d'un dopage selon le second typede conductivité à travers la face principale (104) du substrat (102), formant dans le substrat (102) une couche (106) de semi-conducteur dopé incluant la face principale (104) du substrat (102), et d'un traitement thermique activant les dopants se trouvant dans la couche (106) de semi-conducteur dopé, au moins une première partie de la couche (106) de semi-conducteur dopé formant la troisième région (115) ; - la gravure isotrope du substrat (102) est réalisée jusqu'à une profondeur supérieure à l'épaisseur de la couche (106) de semi-conducteur dopé et élimine au moins une deuxième partie de la couche (106) semi-conducteur dopé se trouvant sous ladite partie (114) du masque (108) et qui est juxtaposée à la troisième région (115) ; - le masque (108) est retiré après l'implantation directive de dopants dans la première région (116, 120) ; et comportant en outre, après l'implantation directive de dopants dans la première région (116, 120), la mise en oeuvre d'un recuit activant les dopants implantés dans la première région (116, 120).
- 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel : - le dopage selon le second type de conductivité comporte une implantation ionique ou un dopage par source dopante, et le traitement thermique activant les dopants de la couche (106) de semi-conducteur dopé comporte un recuit de la couche (106) de semi-conducteur dopé, ou - le dopage selon le second type de conductivité et le traitement thermique activant les dopants de la couche (106) de semi-conducteur dopé comportent une diffusion thermique gazeuse.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel le recuit activant les dopants implantés dans la première région (116, 120) est mis en oeuvre sous une atmosphère oxydante formant une couche (121) d'oxyde desemi-conducteur recouvrant les première, deuxième et troisième régions (115, 116, 118, 120).
- 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le masque (150) correspond à au moins une couche dopée selon le second type de conductivité, comportant en outre la mise en oeuvre, après l'implantation directive de dopants dans la première région (116, 120) : - d'un recuit activant les dopants implantés dans la première région (116, 120) et diffusant des dopants depuis la couche dopée selon le second type de conductivité dans le substrat (102), formant ainsi la troisième région (115), et - d'un retrait du masque (150).
- 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la couche dopée selon le second type de conductivité correspond à un bicouche comportant une première couche non dopée apte à former la barrière vis-à-vis des dopants du premier type de conductivité et une deuxième couche dopée comportant les dopants selon le second type de conductivité, la deuxième couche étant disposée entre la première couche et la face principale (104) du substrat (102).
- 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, comportant en outre, après le retrait du masque (150), une oxydation formant une couche (121) d'oxyde de semi-conducteur recouvrant les première, deuxième et troisième régions (115, 116, 118, 120).
- 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la gravure isotrope du substrat (102) est une gravure chimique, et/ou lesubstrat (102) est initialement dopé selon le premier type de conductivité et avec un niveau de dopage inférieur à celui de la première région (116, 120).
- 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel plusieurs premières régions (116, 120) et plusieurs troisièmes régions (115) sont réalisées les unes à côtés des autres dans le substrat (102) de manière alternée.
- 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre la réalisation de premier et deuxième contacts électriques (122, 124) respectivement sur les première et troisième régions (115, 116, 120).
- 11. Procédé selon les revendications 9 et 10, dans lequel les premier et deuxième contacts électriques (122, 124) sont réalisés sous la forme de doigts interdigités.
- 12. Cellule photovoltaïque (100) à homojonction comportant au moins : un substrat (102) semi-conducteur ; une cavité (112) s'étendant à travers une face principale (104) du substrat (102) et dans une partie de l'épaisseur du substrat (102) ; au moins une première région (120) du substrat (102) dopée selon le premier type de conductivité et disposée au fond de la cavité (112) ; au moins une troisième région (115) du substrat (102) dopée selon un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, et disposée au niveau de la face principale (104) du substrat (102) ; au moins une deuxième région (118) du substrat (102) non dopée, interposée entre les première et troisième régions (115, 120) et apte àassurer une isolation électrique entre les première et troisième régions (115, 120).
- 13. Cellule photovoltaïque (100) selon la revendication 12, dans laquelle ladite partie de l'épaisseur du substrat (102) dans laquelle s'étend la cavité (112) est supérieure à une épaisseur de la troisième région (115), et/ou le substrat (102) est dopé selon le premier type de conductivité et avec un niveau de dopage inférieur à celui de la première région (120).
- 14. Cellule photovoltaïque (100) selon l'une des revendications 12 ou 13, comportant en outre une couche (121) d'oxyde de semiconducteur recouvrant les première, deuxième et troisième régions (115, 118, 120), et/ou comportant plusieurs premières régions (120) et plusieurs troisièmes régions (115) disposées les unes à côtés des autres dans le substrat (102) de manière alternée, et/ou des premier et deuxième contacts électriques (122, 124) disposés respectivement sur les première et troisième régions (115, 120).
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| US20110303280A1 (en) * | 2010-06-14 | 2011-12-15 | Imec | Fabrication method for interdigitated back contact photovoltaic cells |
| US8574951B1 (en) * | 2013-02-20 | 2013-11-05 | National Tsing Hua University | Process of manufacturing an interdigitated back-contact solar cell |
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| Title |
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| P. PAPET ET AL: "Realization of Self-Aligned Back-Contact Solar Cells", ELECTROCHEMICAL AND SOLID-STATE LETTERS, vol. 11, no. 5, 1 January 2008 (2008-01-01), pages H114, XP055141154, ISSN: 1099-0062, DOI: 10.1149/1.2844205 * |
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