FR3037721B1 - PROCESS FOR PRODUCING A PHOTOVOLTAIC CELL WITH HETEROJUNCTION AND PHOTOVOLTAIC CELL THUS OBTAINED - Google Patents
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Abstract
Cellule photovoltaïque à hétérojonction comprenant : - un substrat (1) en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée et une zone plane, - une première couche d'un premier type de conductivité (4) recouvrant uniquement la zone texturée, - une seconde couche d'un second type de conductivité (3) recouvrant uniquement la zone plane, le substrat (1) formant une jonction p/n avec la première couche (4) ou avec la seconde couche (3).A heterojunction photovoltaic cell comprising: - a crystalline silicon substrate (1) comprising a main surface provided with at least one textured area and a planar area, - a first layer of a first conductivity type (4) covering only the area textured, - a second layer of a second conductivity type (3) covering only the flat area, the substrate (1) forming a p / n junction with the first layer (4) or with the second layer (3).
Description
Procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque à hétérojonction et cellule photovoltaïque ainsi obtenueProcess for producing a heterojunction photovoltaic cell and photovoltaic cell thus obtained
Domaine technique de l'invention L’invention est relative à un procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque à hétérojonction. État de la techniqueTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method for producing a heterojunction photovoltaic cell. State of the art
De manière conventionnelle, une cellule photovoltaïque est formée par une diode, par exemple, une jonction de type p/n réalisée dans un matériau semi-conducteur tel que le silicium. La diode comporte alors une zone dopée par une impureté de type p, par exemple du bore, et une zone dopée par une impureté de type n, par exemple du phosphore.Conventionally, a photovoltaic cell is formed by a diode, for example, a p / n type junction made of a semiconductor material such as silicon. The diode then comprises a zone doped with a p-type impurity, for example boron, and a zone doped with an n-type impurity, for example phosphorus.
Les cellules à hétérojonction de silicium, combinent un substrat en silicium cristallin, c-Si, associé à des couches ultra-minces de silicium amorphe a-Si : H, déposées pour former des jonctions avec le silicium cristallin.Silicon heterojunction cells combine a crystalline silicon substrate, c-Si, associated with ultra-thin layers of amorphous silicon a-Si: H, deposited to form junctions with crystalline silicon.
Classiquement, dans une cellule à hétérojonction contactée en face arrière (cellules RCC-HIT), la face avant de ce type de cellule est recouverte par un empilement de couches (dépôt pleine plaque) de manière à passiver la surface du silicium cristallin et à former une couche antireflet. La face avant, face réceptrice de la lumière, est également texturée afin d’augmenter le chemin optique de la lumière dans le dispositif et pour augmenter l’absorption du rayonnement solaire.Conventionally, in a heterojunction cell contacted on the rear face (RCC-HIT cells), the front face of this type of cell is covered by a stack of layers (full-plate deposit) so as to passivate the crystalline silicon surface and form an anti-reflective layer. The front face, receiving side of the light, is also textured to increase the optical path of the light in the device and to increase the absorption of solar radiation.
Des recherches ont été réalisées afin d’améliorer la collecte des paires électron-trou, la configuration à champ arrière « Back Surface Field » en anglais ou BSF est avantageuse. Ce champ améliore les caractéristiques électriques de la cellule solaire, en particulier, la tension en circuit ouvert par réduction du courant d’obscurité. En effet, les porteurs devenus minoritaires après leur injection dans la zone arrière s’éloignent de la zone de déplétion. Le champ électrique arrière « BSF » les repousse vers la jonction.Research has been carried out to improve the collection of electron-hole pairs, the Back Surface Field configuration in English or BSF is advantageous. This field improves the electrical characteristics of the solar cell, in particular the open circuit voltage by reducing the dark current. In fact, porters who become minority after their injection into the rear zone move away from the depletion zone. The rear electric field "BSF" pushes them towards the junction.
Enfin, de nouvelles architectures ont été proposées afin de libérer la surface de collection, la surface avant. Les cellules à contact en face arrière, en anglais « Rear Contact Cell » RCC, permettent d’avoir à la fois les zones d’émetteur et BSF localisés sur la face arrière et ainsi d’éviter les ombrages dus à la métallisation de la face avant.Finally, new architectures have been proposed to release the collection surface, the front surface. The rear contact cells, in English "Rear Contact Cell" RCC, allow to have both the emitter and BSF areas located on the back side and thus avoid shading due to the metallization of the face before.
Les motifs émetteur/BSF de la face arrière des cellules RCC-HIT présentent, par exemple, une géométrie interdigitale.The emitter / BSF patterns of the rear face of the RCC-HIT cells have, for example, an interdigital geometry.
Deux grilles métalliques peuvent être utilisées pour collecter respectivement les porteurs minoritaires et majoritaires sur sa face arrière.Two metal grids can be used to collect minority and majority carriers respectively on its back side.
La face arrière des cellules est habituellement totalement polie car une surface polie facilite la fabrication desdits motifs par des techniques conventionnelles (sérigraphie, gravure laser, photolithographie...). Néanmoins, si la définition de ces motifs n’est pas restrictive, cette face être texturée de la même façon que la face réceptrice de lumière.The rear face of the cells is usually completely polished because a polished surface facilitates the manufacture of said patterns by conventional techniques (screen printing, laser engraving, photolithography, etc.). Nevertheless, if the definition of these motifs is not restrictive, this face be textured in the same way as the light-receiving face.
Ces architectures, et plus particulièrement la réalisation des motifs émetteur/BSF, sont, cependant, relativement complexes à mettre en œuvre, notamment sur des substrats texturés, et présentent des risques de mauvais rendement.These architectures, and more particularly the realization of emitter / BSF patterns, are, however, relatively complex to implement, especially on textured substrates, and have risks of poor performance.
Objet de l'invention L’invention a pour objet de remédier aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un procédé de réalisation de cellule photovoltaïque à hétérojonction permettant de réaliser des motifs de couches minces de façon simplifiée, et permettant d’obtenir une cellule photovoltaïque présentant de meilleurs rendements.OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art and to propose a process for producing a heterojunction photovoltaic cell making it possible to produce thin-film patterns in a simplified manner, and making it possible to obtain a Photovoltaic cell with better yields.
Cet objet est atteint par un procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque à hétérojonction caractérisé en ce qu’il comprend les étapes successives suivantes : a) fournir un substrat en silicium cristallin comprenant une face principale munie d’au moins une zone texturée recouverte d’une première couche présentant un premier type de conductivité p ou n et une zone plane, b) former une seconde couche présentant un second type de conductivité n ou p, opposé au premier type de conductivité p ou n, simultanément à la surface de la zone texturée recouverte de la première couche et à la surface de la zone plane de la face principale, c) graver la seconde couche. A l’issue de l’étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée recouverte de la première couche présente une épaisseur et inférieure à l’épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane, de sorte qu’à l’issue de l’étape c) de gravure, seule la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane est conservée.This object is achieved by a method for producing a heterojunction photovoltaic cell, characterized in that it comprises the following successive steps: a) providing a crystalline silicon substrate comprising a main face provided with at least one textured zone covered with a first layer having a first conductivity type p or n and a planar area, b) forming a second layer having a second type of conductivity n or p, opposite the first conductivity type p or n, simultaneously with the surface of the textured area covered with the first layer and on the surface of the flat area of the main face, c) etch the second layer. At the end of step b), the portion of the second layer deposited on the surface of the textured zone covered with the first layer has a thickness and less than the thickness ep of the portion of the second layer deposited at the surface of the planar zone, so that at the end of the step c) etching, only the portion of the second layer deposited on the surface of the planar region is retained.
Le substrat forme une jonction p/n avec la couche choisie parmi l’une des première et seconde couches et qui présente un type de conductivité opposé à celui du substrat.The substrate forms a p / n junction with the layer selected from one of the first and second layers and has a conductivity type opposite to that of the substrate.
Cet objet est également atteint par une cellule photovoltaïque à hétérojonction comprenant : - un substrat en silicium cristallin comprenant une face principale munie d’au moins une zone texturée et une zone plane, - une première couche d’un premier type de conductivité recouvrant uniquement la zone texturée, - une seconde couche d’un second type de conductivité recouvrant uniquement la zone plane, le substrat formant une jonction p/n avec la première couche ou avec la seconde couche.This object is also achieved by a heterojunction photovoltaic cell comprising: a crystalline silicon substrate comprising a main surface provided with at least one textured area and a planar area, a first layer of a first conductivity type covering only the textured zone, - a second layer of a second conductivity type covering only the flat area, the substrate forming a p / n junction with the first layer or with the second layer.
Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1a à 1i représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d’un procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque en cours d’élaboration, selon un mode de réalisation de l’invention, - les figures 2a à 2d, représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d’un procédé de réalisation d’un substrat présentant une zone plane et une zone texturée selon un mode de réalisation de l’invention, - les figures 3a à 3f, représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d’un procédé de réalisation d’un substrat présentant une zone plane et une zone texturée selon un autre mode de réalisation de l’invention, - les figures 4a à 4d, représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d’un procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque en cours d’élaboration, selon un autre mode de réalisation de l’invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given as non-restrictive examples and represented in the accompanying drawings, in which: FIGS. 1i show, schematically, in section, various steps of a method for producing a photovoltaic cell being developed, according to one embodiment of the invention, - Figures 2a to 2d, represent, schematic, in section, various steps of a method of producing a substrate having a planar zone and a textured zone according to an embodiment of the invention; - FIGS. 3a to 3f, show schematically, in section , various steps of a method of producing a substrate having a planar zone and a textured zone according to another embodiment of the i nvention, - Figures 4a to 4d, show schematically, in section, different steps of a method of producing a photovoltaic cell being developed, according to another embodiment of the invention.
Description d’un mode de réalisation préférentiel de l’inventionDescription of a preferred embodiment of the invention
Comme représenté sur les figures 1a à 1c, le procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque à hétérojonction comprend les étapes successives suivantes : a) fournir un substrat 1 en silicium cristallin comprenant une face principale munie d’au moins une zone texturée 2a recouverte d’une première couche 4 présentant un premier type de conductivité p ou n 4 et une zone plane 2b, b) former une seconde couche 3 présentant un second type de conductivité n ou p, opposé au premier type de conductivité p ou n, simultanément à la surface de la zone texturée 2a recouverte de la première couche 4 et à la surface de la zone plane 2b de la face principale, c) graver la seconde couche 3. A l’issue de l’étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée 2a recouverte de la première couche présente une épaisseur et inférieure à l’épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane 2b, de sorte qu’à l’issue de l’étape c) de gravure, seule la partie de la seconde couche 3 déposée à la surface de la zone plane 2b est conservée.As represented in FIGS. 1a to 1c, the process for producing a heterojunction photovoltaic cell comprises the following successive steps: a) providing a crystalline silicon substrate 1 comprising a main surface provided with at least one textured zone 2a covered with a first layer 4 having a first conductivity type p or n 4 and a flat area 2b, b) forming a second layer 3 having a second type of conductivity n or p, opposite to the first type of conductivity p or n, simultaneously with the surface of the textured zone 2a covered with the first layer 4 and on the surface of the flat zone 2b of the main face, c) etching the second layer 3. At the end of step b), the part of the second layer deposited on the surface of the textured zone 2a covered with the first layer has a thickness and less than the thickness ep of the portion of the second layer deposited on the surface of the flat zone 2b, so that at the end of the etching step c), only the portion of the second layer 3 deposited on the surface of the plane zone 2b is retained.
Le substrat 1 forme une jonction p/n avec la couche choisie parmi l’une des première et seconde couches 3, 4 et qui présente un type de conductivité opposé à celui du substrat.The substrate 1 forms a junction p / n with the layer chosen from one of the first and second layers 3, 4 and which has a conductivity type opposite to that of the substrate.
Pour réaliser les cellules photovoltaïques à hétérojonction, le substrat 1 en silicium, fourni à l’étape a), est cristallin, c’est-à-dire monocristallin ou polycristallin.To produce the heterojunction photovoltaic cells, the silicon substrate 1, supplied in step a), is crystalline, that is to say monocrystalline or polycrystalline.
Le substrat comprend une première face, la face principale, et une seconde face.The substrate comprises a first face, the main face, and a second face.
La seconde face est, avantageusement, destinée à former la face avant de la cellule photovoltaïque. La face avant est la face réceptrice de la lumière. Elle peut être texturée afin d’augmenter l’absorption de la lumière.The second face is advantageously intended to form the front face of the photovoltaic cell. The front is the receiving side of the light. It can be textured to increase the absorption of light.
La face principale est destinée à former la face arrière de la cellule photovoltaïque. Elle est munie au moins d’une zone texturée 2a et au moins d’une zone plane 2b.The main face is intended to form the rear face of the photovoltaic cell. It is provided with at least one textured zone 2a and at least one flat zone 2b.
Par zone texturée, on entend que la zone présente des reliefs, les reliefs ayant au moins 2μιτι de hauteur. La hauteur est mesurée perpendiculairement à la zone plane 2b du substrat. La distance est la hauteur entre deux reliefs. Préférentiellement, la zone texturée 2a est sous la forme de pyramides.Textured area means that the area has reliefs, the reliefs being at least 2μιτι high. The height is measured perpendicularly to the plane zone 2b of the substrate. The distance is the height between two reliefs. Preferably, the textured zone 2a is in the form of pyramids.
Les pyramides présentent une hauteur comprise entre 2μιτι et 20μιτι, et encore plus préférentiellement, entre 2μιτι et 7μιτι.The pyramids have a height between 2μιτι and 20μιτι, and even more preferably between 2μιτι and 7μιτι.
Les pyramides présentent avantageusement une hauteur homogène, c’est-à-dire que sur une même zone texturée toutes les pyramides ont la même hauteur à quelques micromètres près. Par exemple, pour des pyramides de 5μιτι de hauteur, toutes les pyramides présentent une hauteur de 5±2μιτι.Pyramids advantageously have a uniform height, that is to say that on the same textured area all the pyramids have the same height to a few micrometers. For example, for pyramids 5μιτι high, all pyramids have a height of 5 ± 2μιτι.
Par zone plane, on entend une surface présentant une rugosité comprise entre 0,05μιτι et 1μητι, et de préférence comprise entre 0,2μιτι et 0,3μιτι."Flat area" means a surface having a roughness of between 0.05 μm and 1 μm, and preferably between 0.2 μm and 0.3 μm.
La zone texturée 2a est recouverte d’une première couche amorphe d’un premier type de conductivité 4. De préférence, la zone plane 2b n’est pas recouverte par la première couche amorphe 4.The textured zone 2a is covered with a first amorphous layer of a first conductivity type 4. Preferably, the flat zone 2b is not covered by the first amorphous layer 4.
La géométrie de la couche amorphe du premier type de conductivité 4 suit la géométrie de la zone texturée 2a.The geometry of the amorphous layer of the first conductivity type 4 follows the geometry of the textured zone 2a.
La première couche 4 et la seconde couche 3 sont, préférentiellement, amorphes et, encore plus préférentiellement, en silicium amorphe. II est envisageable d’utiliser à la place du silicium des matériaux semi-conducteurs du groupe lll-V.The first layer 4 and the second layer 3 are, preferably, amorphous and, even more preferentially, amorphous silicon. It is conceivable to use semiconductor materials of group III-V instead of silicon.
La première couche amorphe 4 est dopée. Elle est d’un premier type de conductivité.The first amorphous layer 4 is doped. It is of a first type of conductivity.
Préférentiellement, le substrat est d’un type de conductivité opposé au type de conductivité de la première couche amorphe 4, de manière à former une hétérojonction du type p/n avec le substrat. Par exemple, le substrat est en silicium cristallin de type N et la première couche amorphe 4 est en silicium amorphe dopé p, (p) a-Si: H. Dans ce mode de réalisation particulier, la première couche amorphe 4 joue le rôle d’émetteur.Preferably, the substrate is of a conductivity type opposite to the conductivity type of the first amorphous layer 4, so as to form a p / n type heterojunction with the substrate. For example, the substrate is of N-type crystalline silicon and the first amorphous layer 4 is p-doped amorphous silicon, (p) a-Si: H. In this particular embodiment, the first amorphous layer 4 plays the role of 'transmitter.
Dans un autre mode de réalisation, le substrat est du même type de conductivité que la première couche amorphe 4. Par exemple, le substrat est en silicium cristallin de type p et la première couche amorphe 4 est en silicium amorphe dopé p, (p) a-Si: H. Dans ce mode de réalisation particulier, la première couche amorphe 4 joue le rôle de BSF.In another embodiment, the substrate is of the same type of conductivity as the first amorphous layer 4. For example, the substrate is p-type crystalline silicon and the first amorphous layer 4 is p-doped amorphous silicon, (p) a-Si: H. In this particular embodiment, the first amorphous layer 4 plays the role of BSF.
Selon un mode de réalisation préférentiel, pour assurer une meilleure durée de vie des porteurs à l’interface, i.e. pour minimiser la recombinaison des porteurs, la couche en silicium amorphe 4 du premier type de conductivité est formée d’un empilement d’une première couche non ou peu dopée recouverte d’une couche dopée.According to a preferred embodiment, to ensure a better lifetime of the carriers at the interface, ie to minimize the recombination of the carriers, the amorphous silicon layer 4 of the first conductivity type is formed of a stack of a first undoped or slightly doped layer covered with a doped layer.
La première couche, en contact avec le substrat, pas ou peu dopée, passive l’interface. Une passivation efficace peut être obtenue au moyen d’une première couche ayant une épaisseur comprise entre 3 et 10 nm, et de préférence entre 3nm et 4nm. Par peu dopée, on entend par exemple un dopage de l’ordre de 1.1011cm'3. La première couche est, avantageusement, en silicium amorphe intrinsèque, (i) a-Si :H.The first layer, in contact with the substrate, not or little doped, passive interface. Effective passivation can be achieved by means of a first layer having a thickness of between 3 and 10 nm, and preferably between 3 nm and 4 nm. By little doped means for example a doping of the order of 1.1011cm'3. The first layer is, advantageously, of intrinsic amorphous silicon, (i) a-Si: H.
La seconde couche est dopée, de type N ou P, selon le dopage désiré, et assure le champ électrique nécessaire à la collecte des porteurs. Cette couche présente, avantageusement, une épaisseur allant de 3 à 30nm, et de préférence entre 10 et 15nm. L’empilement de couches résultant sera (i) a-Si : H / (p) a-Si: H ou (i) a-Si : H / (n) a-Si: H selon le type de dopage désiré. L’émetteur et/ou le BSF de la cellule solaire peuvent être réalisés, avantageusement, en utilisant des matériaux silicium amorphe intrinsèque (i)a-Si :H, en combinaison avec du silicium microcristallin μο-Si :H, dopé. Le pourcentage de cristallinité est, avantageusement, compris entre 30% et 60%. Ces matériaux sont, avantageusement, déposés par PECVD mais peuvent être déposés grâce à d’autres techniques comme le dépôt chimique en phase vapeur par filament chaud (HW-CVD) par exemple. L’épaisseur de la couche amorphe 4 est, avantageusement, comprise entre 6nm et 30nm.The second layer is doped, type N or P, depending on the desired doping, and provides the electric field necessary for the collection of carriers. This layer advantageously has a thickness ranging from 3 to 30 nm, and preferably from 10 to 15 nm. The resulting stack of layers will be (i) a-Si: H / (p) a-Si: H or (i) a-Si: H / (n) a-Si: H depending on the type of doping desired. The emitter and / or the BSF of the solar cell can advantageously be made using intrinsic amorphous silicon materials (i) a-Si: H, in combination with microcrystalline silicon μο-Si: H, doped. The percentage of crystallinity is advantageously between 30% and 60%. These materials are advantageously deposited by PECVD but can be deposited by other techniques such as chemical vapor deposition by hot filament (HW-CVD) for example. The thickness of the amorphous layer 4 is advantageously between 6 nm and 30 nm.
Préférentiellement, et comme représenté sur la figure 1a, la couche en silicium amorphe d’un premier type de conductivité 4 est recouverte d’une couche barrière sacrificielle 5, avant le dépôt de la seconde couche amorphe d’un second type de conductivité 3. La couche en silicium amorphe 4 est disposée entre le substrat 1 en silicium cristallin et la couche barrière sacrificielle 5.Preferably, and as represented in FIG. 1a, the amorphous silicon layer of a first conductivity type 4 is covered with a sacrificial barrier layer 5, before the deposition of the second amorphous layer of a second conductivity type 3. The amorphous silicon layer 4 is disposed between the crystalline silicon substrate 1 and the sacrificial barrier layer 5.
La couche barrière sacrificielle 5 permet, avantageusement, de protéger la première couche amorphe 4 lors de l’étape de gravure.The sacrificial barrier layer 5 advantageously protects the first amorphous layer 4 during the etching step.
Lors de l’étape b), une seconde couche amorphe d’un second type de conductivité 3 est déposée sur la partie texturée 2a et sur la partie plane 2b.In step b), a second amorphous layer of a second conductivity type 3 is deposited on the textured portion 2a and on the flat portion 2b.
La seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone texturée 2a présente une épaisseur et inférieure à l’épaisseur ep de la seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone plane 2b.The second amorphous layer 3 deposited on the textured zone 2a has a thickness and less than the thickness ep of the second amorphous layer 3 deposited on the flat zone 2b.
Sans être lié par la théorie, la différence d’épaisseur provient du rapport entre les surfaces efficaces, ou effectives, d'une zone texturée et d’une zone plane (aussi appelée zone non texturée) pour un même flux donné d'espèces atteignant le substrat 1. Le rapport des épaisseurs ep/et va de 1,5 à 2, et préférentiellement, il va de 1,6 à 1,7. L’épaisseur de la seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone plane 2b est comprise entre 5nm et 50nm, avant l’étape de gravure. Préférentiellement, l’épaisseur de la seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone plane 2b est comprise entre 10nm et 40nm.Without being bound by the theory, the difference in thickness comes from the ratio between the effective or effective surfaces of a textured zone and a flat zone (also called non-textured zone) for the same given flow of species reaching the substrate 1. The ratio of thickness ep / and ranges from 1.5 to 2, and preferably, it ranges from 1.6 to 1.7. The thickness of the second amorphous layer 3 deposited on the plane zone 2b is between 5 nm and 50 nm, before the etching step. Preferably, the thickness of the second amorphous layer 3 deposited on the plane zone 2b is between 10 nm and 40 nm.
La couche amorphe 3 est, avantageusement, déposée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). Le dépôt pourrait être réalisé par toute autre technique adaptée.The amorphous layer 3 is advantageously deposited by plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD). The deposit could be made by any other suitable technique.
Le dépôt est, avantageusement, réalisé pleine plaque.The deposit is advantageously made full plate.
Le premier type de conductivité est opposé à celui du second type de conductivité.The first type of conductivity is opposite to that of the second type of conductivity.
Par exemple, le substrat est en silicium cristallin de type N, la première couche amorphe 4 est en silicium amorphe dopé p, (i) a-Si : H / (p) a-Si: H et la seconde couche amorphe est du silicium amorphe dopé n, (i) a-Si: H / (n) a-Si: H. Dans ce mode de réalisation particulier, la première couche amorphe 4 joue le rôle d’émetteur et la seconde couche amorphe 3 permet de former un champ électrique arrière BSF.For example, the substrate is of N-type crystalline silicon, the first amorphous layer 4 is p-doped amorphous silicon, (i) a-Si: H / (p) a-Si: H and the second amorphous layer is silicon In this particular embodiment, the first amorphous layer 4 acts as an emitter and the second amorphous layer 3 makes it possible to form an amorphous doped n, (i) a-Si: H / (n) a-Si: H. rear electric field BSF.
Les positions de l’émetteur et du BSF peuvent être inversées. La seconde couche amorphe 3, connectée au substrat 1, peut former la jonction p/n.The positions of the transmitter and the BSF can be reversed. The second amorphous layer 3, connected to the substrate 1, can form the junction p / n.
Tout comme la première couche amorphe dopée du premier type de conductivité 4, la couche en silicium amorphe du second type de conductivité 3 peut être formée d’un empilement d’une première couche non ou peu dopée recouverte d’une couche dopée.Like the first doped amorphous layer of the first conductivity type 4, the amorphous silicon layer of the second conductivity type 3 may be formed of a stack of a first undoped or slightly doped layer covered with a doped layer.
Avantageusement, seules les faces latérales des couches amorphes 3, 4 sont en contact.Advantageously, only the side faces of the amorphous layers 3, 4 are in contact.
Selon un autre mode de réalisation, elles pourraient ne pas être en contact (cas d’une structure avec une marche entre la zone plane et la zone texturée, cette différence de hauteur étant créée lors de la formation du substrat).According to another embodiment, they may not be in contact (in the case of a structure with a step between the flat area and the textured area, this difference in height being created during the formation of the substrate).
La seconde couche amorphe 3 est ensuite gravée (étape c)).The second amorphous layer 3 is then etched (step c)).
La seconde couche amorphe 3 est, avantageusement, gravée en une seule étape. Une seule chimie de gravure est utilisée pour graver la couche mince en une seule étape. La gravure est, avantageusement, une gravure humide. Il s’agit par exemple d’une gravure au moyen d’une solution alcaline ou acide. Préférentiellement, la gravure est isotrope.The second amorphous layer 3 is advantageously etched in a single step. Only one etch chemistry is used to etch the thin film in one step. The etching is advantageously a wet etching. This is for example an etching by means of an alkaline or acidic solution. Preferably, the etching is isotropic.
La couche 3 est gravée simultanément sur la zone plane 2b et sur la zone texturée 2a.The layer 3 is etched simultaneously on the flat area 2b and on the textured area 2a.
Comme à l’issue de l’étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée 2a présente une épaisseur et inférieure à l’épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane 2b, il est possible d’ajuster la durée de gravure de manière à graver totalement la partie de la seconde couche amorphe 3 disposée au niveau de la zone texturée, et, en même temps, de manière à laisser une partie de la couche mince disposée au niveau de la zone plane 2b.As at the end of step b), the portion of the second layer deposited on the surface of the textured zone 2a has a thickness and less than the thickness ep of the portion of the second layer deposited on the surface of the 2b, it is possible to adjust the etching time so as to completely etch the portion of the second amorphous layer 3 disposed at the level of the textured zone, and at the same time, so as to leave part of the layer thin disposed at the level of the flat area 2b.
De préférence, la vitesse de gravure de la seconde couche amorphe 3 est identique au niveau de la zone plane 2b et au niveau de la zone texturée 2a. L’épaisseur de la seconde couche amorphe 3 au niveau de la zone plane 2b, obtenue après l’étape de gravure, est, avantageusement, comprise entre 3nm et 40nm, et encore, plus préférentiellement, entre 6nm et 30nm.Preferably, the etching rate of the second amorphous layer 3 is identical at the level of the plane zone 2b and at the level of the textured zone 2a. The thickness of the second amorphous layer 3 at the level of the plane zone 2b, obtained after the etching step, is advantageously between 3 nm and 40 nm, and even more preferably between 6 nm and 30 nm.
Cette gamme d’épaisseur est suffisante pour passiver correctement la surface tout en évitant les pertes résistives dans les couches.This range of thickness is sufficient to properly passivate the surface while avoiding resistive losses in the layers.
La seconde couche amorphe 3 est auto-alignée avec la zone plane sans utiliser d’étape avec un masque de gravure à aligner.The second amorphous layer 3 is self-aligned with the planar area without using a step with an etching mask to be aligned.
La gravure de la seconde couche amorphe 3 en silicium amorphe (étape c) -figure 1c) est, avantageusement, une gravure humide. La solution de gravure est choisie parmi HF-O3, KOH, NH4OH, TMAH, N2H4...). La concentration de la solution de gravure est comprise entre 1 et 30%.The etching of the amorphous second amorphous silicon layer 3 (step c) -figure 1c) is advantageously a wet etching. The etching solution is chosen from HF-O3, KOH, NH4OH, TMAH, N2H4, etc.). The concentration of the etching solution is between 1 and 30%.
Una gravure plasma isotrope peut être envisagée en alternative.An isotropic plasma etching may be considered as an alternative.
La couche barrière sacrificielle 5 protège la couche amorphe du premier type de conductivité 4 lors de la gravure de la seconde couche amorphe 3.The sacrificial barrier layer 5 protects the amorphous layer of the first conductivity type 4 during the etching of the second amorphous layer 3.
Après l’étape de gravure, la couche barrière sacrificielle 5 est, avantageusement, retirée (figure 1d). Elle peut être retirée par toute technique adaptée.After the etching step, the sacrificial barrier layer 5 is advantageously removed (FIG. 1d). It can be removed by any suitable technique.
La gravure complète de la couche barrière sacrificielle ou de l’empilement de couches formant la couche barrière sacrificielle est, avantageusement, réalisée avec des solutions chimiques telles que HF, HN03-HF ou BOE (« Buffered oxide etch »). La gravure peut également être réalisée par une gravure sèche ou encore par une gravure laser.The complete etching of the sacrificial barrier layer or the stack of layers forming the sacrificial barrier layer is advantageously carried out with chemical solutions such as HF, HNO 3 -HF or BOE ("Buffered oxide etch"). The etching can also be performed by dry etching or by laser etching.
Le type de gravure, et notamment, la solution de gravure utilisée dans le cas d’une gravure humide, seront choisis de manière à ne pas détériorer les couches en silicium amorphe (émetteur et BSF).The type of etching, and in particular, the etching solution used in the case of wet etching, will be chosen so as not to damage the amorphous silicon layers (emitter and BSF).
Des contacts électriques 8 peuvent être ensuite formés : un premier contact électrique connecté électriquement à la première couche amorphe 4 et un second contact électrique connecté électriquement à la seconde couche amorphe 3.Electrical contacts 8 may then be formed: a first electrical contact electrically connected to the first amorphous layer 4 and a second electrical contact electrically connected to the second amorphous layer 3.
Le premier contact électrique et le deuxième contact électrique sont électriquement dissociés. Les contacts n’ont pas d’interface avec le substrat pour empêcher les courts-circuits.The first electrical contact and the second electrical contact are electrically dissociated. The contacts have no interface with the substrate to prevent short circuits.
Les matériaux de contact électrique sont électriquement conducteurs. Ils sont par exemple en aluminium et/ou en ITO.Electrical contact materials are electrically conductive. They are for example aluminum and / or ITO.
Les contacts électriquement conducteurs 8 peuvent être déposés par toute technique adaptée, préférentiellement par pulvérisation, dépôt électrochimique, sérigraphie, évaporation, jet d’encre.The electrically conductive contacts 8 can be deposited by any suitable technique, preferably by spraying, electrochemical deposition, screen printing, evaporation, inkjet.
Les figures 1e à 1i représentent différentes étapes d’un mode de réalisation préférentiel pour former les contacts électriques de la cellule photovoltaïque.FIGS. 1e to 1i represent different steps of a preferred embodiment for forming the electrical contacts of the photovoltaic cell.
Les contacts électriques sont formés selon les étapes successives suivantes : - dépôt d’une couche électriquement conductrice 6 en oxyde transparent conducteur (OTC ou TCO pour « transparent conductive oxide »), de préférence en oxyde d’indium-étain, sur la première couche amorphe de première conductivité 4 et sur la seconde couche amorphe de seconde conductivité 3 (figure 1e), - dépôt d’une pâte isolante 7 sur la couche d’OTC 6, sur la première couche amorphe de première conductivité 4 et sur la seconde couche amorphe de seconde conductivité 3, la couche en oxyde transparent conducteur 6 séparant la pâte isolante 7 des couches amorphes 3, 4 (figure 1f), - gravure de la couche d’OTC 6 non recouverte par la pâte isolante 7, de manière à séparer la couche d’OTC en deux parties distinctes, la première partie étant électriquement connectée à la couche amorphe de première conductivité 4 et la deuxième partie étant électriquement connectée à la seconde couche amorphe de seconde conductivité 3 (figure 1g) ; la gravure est, par exemple, réalisée avec une solution de HCl, - gravure de la pâte isolante 7 avec une solution alcaline, par exemple avec une solution de KOH (figure 1 h), - former des contacts électriques 8 sur la couche en oxyde transparent conducteur, par exemple par sérigraphie (figure 1i).The electrical contacts are formed according to the following successive steps: depositing an electrically conductive layer 6 in transparent conductive oxide (OTC or TCO), preferably in indium-tin oxide, on the first layer first conductivity amorphous layer 4 and on the second amorphous second conductivity layer 3 (FIG. 1e), - deposition of an insulating paste 7 on the OTC layer 6, on the first amorphous first conductivity layer 4 and on the second layer second conductivity amorphous layer 3, the conductive transparent oxide layer 6 separating the insulating paste 7 from the amorphous layers 3, 4 (FIG. 1f), etching of the OTC layer 6 not covered by the insulating paste 7, so as to separate the OTC layer in two distinct parts, the first part being electrically connected to the amorphous layer of first conductivity 4 and the second part being electrically connected the second amorphous layer of second conductivity 3 (1g); the etching is, for example, carried out with a HCl solution, - etching of the insulating paste 7 with an alkaline solution, for example with a KOH solution (FIG. 1 h), - forming electrical contacts 8 on the oxide layer transparent conductive, for example by screen printing (Figure 1i).
Dans le cas où la pâte 7 est une pâte électriquement conductrice, les deux dernières étapes ne sont pas réalisées. La pâte 7 sert alors, avantageusement, de motifs pour graver la couche d’OTC 6 et, en même temps, elle forme des contacts électriques.In the case where the paste 7 is an electrically conductive paste, the last two steps are not performed. The paste 7 then advantageously serves as a pattern for etching the OTC layer 6 and, at the same time, it forms electrical contacts.
Le substrat utilisé à l’étape a) du procédé décrit précédemment peut être obtenu par plusieurs modes de réalisation qui vont à présent être décrits.The substrate used in step a) of the method described above can be obtained by several embodiments which will now be described.
Dans un premier mode de réalisation, le substrat fourni à l’étape a) est réalisé selon les étapes successives suivantes (figures 2a à 2d) : i. déposer une couche en silicium amorphe d’un premier type de conductivité 4 sur une face entièrement texturée d’un substrat 1 (figures 2a), ii. déposer une couche barrière sacrificielle 5, la couche barrière 5 recouvrant partiellement la couche en silicium amorphe 4 (figure 2b), iii. graver la partie de la couche en silicium amorphe 4 non recouverte par la couche barrière sacrificielle 5, de manière à libérer une partie de la face principale du substrat (figure 2c), iv. polir la partie libérée de la face du substrat pour former une zone plane 2b (figure 2d).In a first embodiment, the substrate provided in step a) is produced according to the following successive steps (FIGS. 2a to 2d): i. depositing an amorphous silicon layer of a first conductivity type 4 on a fully textured face of a substrate 1 (FIG. 2a), ii. depositing a sacrificial barrier layer 5, the barrier layer 5 partially covering the amorphous silicon layer 4 (FIG. 2b), iii. etching the portion of the amorphous silicon layer 4 not covered by the sacrificial barrier layer 5, so as to release a portion of the main face of the substrate (FIG. 2c), iv. polishing the released portion of the face of the substrate to form a flat area 2b (Figure 2d).
Par entièrement texturée, on entend qu’au moins 90% de la face du substrat est texturée, et préférentiellement, au moins 95%.By fully textured is meant that at least 90% of the face of the substrate is textured, and preferably at least 95%.
Pour obtenir une texture pyramidale sur un substrat 1 en silicium cristallin, un substrat plan peut être gravé par une solution chimique de KOH, NH4OH, TMAH, N2H4 à des concentrations comprises entre 1% et 10%.To obtain a pyramidal texture on a crystalline silicon substrate 1, a planar substrate can be etched with a chemical solution of KOH, NH 4 OH, TMAH, N 2 H 4 at concentrations of between 1% and 10%.
La géométrie des couches déposées suit, avantageusement, la géométrie de la face principale du substrat, de manière à conserver une zone plane et une zone texturée.The geometry of the deposited layers advantageously follows the geometry of the main face of the substrate, so as to maintain a planar zone and a textured zone.
Lorsque des couches sont déposées sur la zone plane 2b, les couches présentent également une surface plane 2b.When layers are deposited on the flat area 2b, the layers also have a flat surface 2b.
Les couches déposées sur la zone texturée 2a présentent, de préférence, la même géométrie que la zone texturée 2a. Il s’agit d’un dépôt conforme.The layers deposited on the textured zone 2a preferably have the same geometry as the textured zone 2a. This is a compliant deposit.
La couche barrière sacrificielle 5 déposée, lors de l’étape ii), peut être formée d’une seule couche ou d’un empilement de couches de différents matériaux. Préférentiellement, le ou les matériaux seront choisis parmi SiN, SiC, ou AI2O3... Encore plus préférentiellement, la couche barrière sacrificielle 5 est une couche en SiO2. L’épaisseur de la couche barrière 5 est comprise entre 50nm et 1μητι, et préférentiellement, entre 0,5/vm et 1 μιτι.The sacrificial barrier layer deposited during step ii) may be formed of a single layer or a stack of layers of different materials. Preferably, the material or materials will be selected from SiN, SiC, or Al2O3. Still more preferably, the sacrificial barrier layer 5 is an SiO 2 layer. The thickness of the barrier layer 5 is between 50nm and 1μητι, and preferably between 0.5 / vm and 1 μιτι.
Le choix de la nature et de l’épaisseur de la couche barrière sacrificielle 5 est réalisé selon la structure et les contraintes présentes.The choice of the nature and the thickness of the sacrificial barrier layer 5 is made according to the structure and the stresses present.
La couche barrière sacrificielle 5 peut être déposée par toute technique adaptée choisie par l’homme du métier.The sacrificial barrier layer 5 may be deposited by any suitable technique chosen by those skilled in the art.
La partie de la première couche amorphe 4 non protégée par la couche barrière sacrificielle 5 est, préférentiellement, gravée par voie humide (étape iii). Préférentiellement, elle est gravée avec une solution de KOH, de NH4OH, de TMAH, ou de N2H4 présentant une concentration de 10% à 30%.The portion of the first amorphous layer 4 not protected by the sacrificial barrier layer 5 is preferably wet etched (step iii). Preferably, it is etched with a solution of KOH, NH4OH, TMAH, or N2H4 having a concentration of 10% to 30%.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les dépôts à la fois de la première couche amorphe 4 et de la couche barrière sacrificielle 5 pourraient être réalisés, tous les deux, pleine plaque.According to a preferred embodiment, the deposits of both the first amorphous layer 4 and the sacrificial barrier layer 5 could be made, both, full plate.
Le procédé comprend les étapes suivantes (en remplacement des étapes ii et iii): ii’. déposer une couche barrière sacrificielle 5 sur la couche en silicium amorphe 4, iii’. graver la couche barrière sacrificielle 5 et la couche en silicium amorphe 4, de manière à libérer une partie de la face texturée du substrat.The method comprises the following steps (replacing steps ii and iii): ii '. depositing a sacrificial barrier layer 5 on the amorphous silicon layer 4, iii '. etching the sacrificial barrier layer 5 and the amorphous silicon layer 4, so as to release a portion of the textured face of the substrate.
Une gravure laser sera, avantageusement, utilisée pour retirer la couche barrière et la couche en silicium amorphe 4.Laser etching will advantageously be used to remove the barrier layer and the amorphous silicon layer 4.
Les deux couches seront, avantageusement, retirées lors d’une même étape.The two layers will advantageously be removed during the same step.
Lors de l’étape iv), le substrat, non recouvert par la couche amorphe 4 et la couche barrière sacrificielle 5 est poli avec une solution chimiques (KOH, NH4OH, TMAH, N2H4...) ayant des concentrations comprises typiquement entre 10 et 30%.In step iv), the substrate, not covered by the amorphous layer 4 and the sacrificial barrier layer 5, is polished with a chemical solution (KOH, NH4OH, TMAH, N2H4, etc.) with concentrations typically comprised between 10 and 30%.
Cette dernière étape aboutit à la formation d’un substrat 1 présentant une zone plane 2b (la zone polie) et une zone texturée 2a (figure 2d).This last step results in the formation of a substrate 1 having a flat zone 2b (the polished zone) and a textured zone 2a (FIG. 2d).
Sur la figure 2d, la base des pyramides coïncide avec la surface de la zone plane 2b.In Figure 2d, the base of the pyramids coincides with the surface of the flat area 2b.
Cependant, selon certains modes de réalisation, l’étape de polissage est plus avancée et conduit à la formation d’une différence de hauteur entre la base des pyramides et la surface de la zone plane. Cette différence de hauteur (ou marche) peut être de l’ordre de 5-20pm.However, according to some embodiments, the polishing step is further advanced and leads to the formation of a difference in height between the base of the pyramids and the surface of the planar zone. This difference in height (or walking) can be of the order of 5-20pm.
Selon un second mode de réalisation, le substrat 1 fourni à l’étape a) est obtenu selon les étapes successives suivantes (figures 3a à 3f) : I. déposer une première couche barrière sacrificielle 5’ sur une face entièrement plane d’un substrat 1 (figure 3a), II. retirer une partie de la première couche barrière sacrificielle 5’, de manière à libérer une partie de la face du substrat 1 (figure 3b), III. former une zone texturée 2a sur la partie libérée du substrat 1 (figure 3c), IV. retirer totalement la première couche barrière sacrificielle 5’, de manière à libérer la zone plane 2b du substrat (figure 3d), V. déposer successivement une couche en silicium amorphe 4 d’un premier type de conductivité et une seconde couche barrière sacrificielle 5” sur la zone texturée 2a et sur la zone plane 2b du substrat 1, la couche barrière sacrificielle 5” recouvrant, de préférence, totalement la couche en silicium amorphe 4 du premier type de conductivité, la couche amorphe 4 recouvrant à la fois la zone texturée 2a et la zone plane 2b du substrat (figure 3e), VI. graver localement la seconde couche barrière sacrificielle 5” et la couche en silicium amorphe 4, de manière à libérer la zone plane 2b du substrat (figure 3f). L’épaisseur de la couche barrière 5” est comprise entre 50nm et 1μητι, et préférentiellement, entre 0,5μιη et 1 μιη.According to a second embodiment, the substrate 1 supplied in step a) is obtained according to the following successive steps (FIGS. 3a to 3f): I. depositing a first 5 'sacrificial barrier layer on a completely flat face of a substrate 1 (Figure 3a), II. removing a portion of the first sacrificial barrier layer 5 ', so as to release a portion of the face of the substrate 1 (Figure 3b), III. forming a textured zone 2a on the released portion of the substrate 1 (Figure 3c), IV. completely withdrawing the first sacrificial barrier layer 5 ', so as to release the plane zone 2b of the substrate (FIG. 3d), V. successively depositing an amorphous silicon layer 4 of a first conductivity type and a second sacrificial barrier layer 5 " on the textured zone 2a and on the flat zone 2b of the substrate 1, the sacrificial barrier layer 5 "preferably covering completely the amorphous silicon layer 4 of the first conductivity type, the amorphous layer 4 covering both the textured zone 2a and the plane zone 2b of the substrate (FIG. 3e), VI. locally etching the second sacrificial barrier layer 5 "and the amorphous silicon layer 4, so as to release the flat area 2b of the substrate (Figure 3f). The thickness of the barrier layer 5 "is between 50 nm and 1 μm, and preferably between 0.5 μm and 1 μm.
Les solutions de gravure et les techniques de dépôt sont les mêmes que celles décrites dans le premier mode de réalisation du substrat 1.The etching solutions and the deposition techniques are the same as those described in the first embodiment of the substrate 1.
Grâce à ce procédé, la réalisation des motifs émetteur/BSF d’une cellule photovoltaïque à hétérojonction contactée en face arrière (RCC-HIT) est simplifiée, même pour réaliser des motifs présentant une géométrie interdigitée.Thanks to this method, the realization of the emitter / BSF units of a back-contacted heterojunction photovoltaic cell (RCC-HIT) is simplified, even for producing patterns having an interdigitated geometry.
Ce procédé peut être utilisé pour réaliser des cellules photovoltaïques présentant des architectures plus complexes.This method can be used to make photovoltaic cells with more complex architectures.
Avantageusement, ce même procédé peut être utilisé sur un substrat en silicium cristallin muni d’une jonction p/n et dont la face principale du substrat 1 comprend une zone texturée 2a disposée entre deux zones planes 2b, 2b’ (figure 4a). L’empilement représenté à la figure 4a est obtenu selon les étapes a, b et c) représentées aux figures 1a à 1d. L’axe AA’ représente un plan de symétrie axial. De part et d’autre de l’axe, on retrouve la cellule de la figure 1d.Advantageously, this same method can be used on a crystalline silicon substrate provided with a p / n junction and whose main face of the substrate 1 comprises a textured zone 2a disposed between two planar zones 2b, 2b '(FIG. 4a). The stack shown in Figure 4a is obtained according to steps a, b and c) shown in Figures 1a to 1d. Axis AA 'represents an axial plane of symmetry. On either side of the axis, we find the cell of Figure 1d.
La zone texturée 2a est recouverte d’une première couche en silicium amorphe d’un premier type de conductivité 4.The textured zone 2a is covered with a first amorphous silicon layer of a first conductivity type 4.
Les zones planes 2b, 2b’ sont recouvertes d’une seconde couche mince en silicium amorphe d’un second type de conductivité 3.The planar zones 2b, 2b 'are covered with a second amorphous silicon thin layer of a second conductivity type 3.
De préférence, les couches amorphes 4, 3 ne se superposent pas, ne se recouvrent pas entre elles.Preferably, the amorphous layers 4, 3 are not superimposed, do not overlap each other.
Une couche en oxyde transparent conducteur 6 est formée sur cet empilement, représenté à la figure 4a, selon les étapes suivantes : a’) fournir un substrat 1 en silicium cristallin comprenant une face principale munie d’au moins une zone texturée 2a recouverte d’une première couche d’un premier type de conductivité 4 et une zone plane 2b recouverte d’une seconde couche d’un second type de conductivité 3, b’) former une couche mince en oxyde transparent conducteur 6 simultanément sur la zone texturée 2a et sur la zone plane 2b de la face principale, la couche mince déposée sur la zone texturée 2a présentant une épaisseur er inférieure à l’épaisseur ep- de la couche mince déposée sur la zone plane 2b, c’) graver la couche mince en oxyde transparent conducteur 6 simultanément sur la zone plane 2b et sur la zone texturée 2a, de manière à laisser uniquement une partie de la couche mince en oxyde transparent conducteur 6 sur la zone plane 2b.A conductive transparent oxide layer 6 is formed on this stack, represented in FIG. 4a, according to the following steps: a ') providing a crystalline silicon substrate 1 comprising a main face provided with at least one textured zone 2a covered with a first layer of a first conductivity type 4 and a flat area 2b covered with a second layer of a second conductivity type 3, b ') forming a conductive transparent oxide thin layer 6 simultaneously on the textured area 2a and on the plane zone 2b of the main face, the thin layer deposited on the textured zone 2a having a thickness e less than the thickness ep- of the thin layer deposited on the flat zone 2b, c ') etching the thin oxide layer transparent conductor 6 simultaneously on the flat area 2b and the textured area 2a, so as to leave only a portion of the conductive transparent oxide thin layer 6 on the flat area 2b.
Le substrat 1 forme une jonction p/n avec la première couche 4 ou avec la seconde couche 3. La première couche 4 et la seconde couche 3 sont, avantageusement, en matériau amorphe.The substrate 1 forms a junction p / n with the first layer 4 or with the second layer 3. The first layer 4 and the second layer 3 are advantageously of amorphous material.
La couche en oxyde transparent conducteur 6 est, préférentiellement, une couche en oxyde d’indium-étain. La couche mince en OTC 6 présente deux épaisseurs : une première épaisseur au niveau de la zone texturée 2a et une seconde épaisseur au niveau des zones planes 2b, 2b’. La première épaisseur est inférieure à la seconde épaisseur.The conductive transparent oxide layer 6 is, preferably, an indium-tin oxide layer. The OTC thin film 6 has two thicknesses: a first thickness at the textured zone 2a and a second thickness at the flat areas 2b, 2b '. The first thickness is less than the second thickness.
La couche mince 6 recouvre les deux couches en silicium amorphe 4, 3.The thin layer 6 covers the two amorphous silicon layers 4, 3.
Préférentiellement, comme représenté à la figure 4c, le procédé comporte une étape additionnelle, avant l’étape de gravure c), dans laquelle une pâte 7 est déposée sur la couche en OTC 6, de manière à recouvrir une partie de la zone texturée 2a.Preferably, as represented in FIG. 4c, the method comprises an additional step, before the etching step c), in which a paste 7 is deposited on the OTC layer 6, so as to cover part of the textured zone 2a. .
La pâte 7 peut être déposée par sérigraphie.The paste 7 can be deposited by screen printing.
La couche mince en OTC 6 est ensuite gravée (étape c) de manière à rendre accessible une partie des première et seconde couche amorphes 3, 4. La couche mince en OTC 6 peut être gravée par une gravure humide.The OTC thin film 6 is then etched (step c) so as to make part of the first and second amorphous layers 3, 4 accessible. The OTC thin film 6 may be etched by wet etching.
La gravure humide est, préférentiellement, réalisée avec une solution de HCl ou de HF.The wet etching is preferably carried out with a solution of HCl or HF.
Avantageusement, la gravure est réalisée de manière à retirer la couche en OTC 6 au niveau de la zone texturée 2a non recouverte par la pâte isolante, et de manière à laisser uniquement la couche en OTC 6 au niveau de la zone plane 2b.Advantageously, the etching is performed so as to remove the OTC layer 6 at the level of the textured zone 2a not covered by the insulating paste, and so as to leave only the OTC layer 6 at the level of the flat area 2b.
Une fois la couche en OTC 6 gravée, la couche d’OTC se présente en trois parties distinctes : une partie sur chaque zone plane 2b, 2b’ et une partie disposée entre la couche amorphe 4 et la pâte 7, au niveau de la partie texturée 2a (figure 4d).Once the OTC layer 6 has been etched, the OTC layer is in three distinct parts: a part on each plane zone 2b, 2b 'and a part placed between the amorphous layer 4 and the paste 7, at the level of the part textured 2a (Figure 4d).
Si la pâte 7 est électriquement isolante, la pâte 7 est retirée, et des contacts électriques 8 sont formés sur la couche en oxyde transparent conducteur 6. Un premier contact est formé sur la première couche amorphe du premier type de conductivité 4 et un second contact est formé sur la seconde couche amorphe du second type de conductivité 3. L’empilement représenté à la figure 4a peut être obtenu comme décrit ci-dessus, c’est-à-dire selon les étapes a) à c) des figures 1a à 1e, mais il pourrait aussi être envisagé d’être réalisé par d’autres techniques.If the paste 7 is electrically insulating, the paste 7 is removed, and electrical contacts 8 are formed on the conductive transparent oxide layer 6. A first contact is formed on the first amorphous layer of the first conductivity type 4 and a second contact is formed on the second amorphous layer of the second conductivity type 3. The stack represented in FIG. 4a can be obtained as described above, that is to say according to the steps a) to c) of FIGS. 1e, but it could also be envisaged to be realized by other techniques.
La cellule photovoltaïque à hétérojonction, obtenue selon l’un des procédés décrits ci-dessus, comprend: - un substrat 1 en silicium cristallin comprenant une face principale munie d’au moins une zone texturée 2a et une zone plane 2b, - une première couche amorphe d’un premier type de conductivité 4 recouvrant uniquement la zone texturée 2a, - une seconde couche amorphe d’un second type de conductivité 3 recouvrant uniquement la zone plane 2b.The heterojunction photovoltaic cell, obtained according to one of the methods described above, comprises: a crystalline silicon substrate 1 comprising a main surface provided with at least one textured zone 2a and a flat zone 2b; a first layer amorphous of a first type of conductivity 4 covering only the textured area 2a, - a second amorphous layer of a second conductivity type 3 covering only the flat area 2b.
Le substrat 1 forme une jonction p/n avec la première couche amorphe 4 ou avec la seconde couche amorphe 3.The substrate 1 forms a p / n junction with the first amorphous layer 4 or with the second amorphous layer 3.
Selon un mode de réalisation particulier, une couche en oxyde transparent conducteur recouvre les première et seconde couches amorphes 4, 3.According to a particular embodiment, a conductive transparent oxide layer covers the first and second amorphous layers 4, 3.
Un contact électrique est disposé sur la couche en oxyde transparent conducteur 6 au niveau de la zone texturée 2a.An electrical contact is disposed on the conductive transparent oxide layer 6 at the textured area 2a.
Un second contact électrique est disposé sur la couche en oxyde transparent conducteur 6 au niveau de la zone plane 2b.A second electrical contact is arranged on the conductive transparent oxide layer 6 at the level of the flat area 2b.
La couche en oxyde transparent conducteur sera, avantageusement, ultérieurement séparée en deux parties de manière à isoler les deux contacts électriques des première 4 et seconde 3 couches.The conductive transparent oxide layer will, advantageously, subsequently split into two parts so as to isolate the two electrical contacts of the first 4 and second 3 layers.
Le procédé permet l’obtention de cellule photovoltaïque dont la face principale, ici la face arrière, comprend des zones texturées et des zones polies en alternance.The method makes it possible to obtain a photovoltaic cell whose main face, in this case the rear face, comprises textured zones and alternately polished zones.
Les surfaces polies et texturées présentent, avantageusement, une différence de réflectivité. Cette différence de réflectivité peut être utilisée pour faciliter le dépôt localisé de grilles métalliques, par sérigraphie par exemple.The polished and textured surfaces advantageously have a difference in reflectivity. This difference in reflectivity can be used to facilitate the localized deposition of metal grids, for example by screen printing.
Le procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque à hétérojonction va maintenant être décrit à travers l’exemple suivant donné à titre illustratif et non limitatif.The method of producing a heterojunction photovoltaic cell will now be described by way of the following example given by way of nonlimiting illustration.
Le procédé comporte les étapes successives suivantes : 1. Texturation d’un substrat c-Si de type N dans une solution de KOH (concentration 1%) pour former des pyramides. 2. Dépôt d’un empilement (i) a-Si :H / (p) a-Si:H sur une face texturée du substrat pour former l’émetteur. Les couches de silicium amorphes sont déposées par PECVD (température : 180-200°C ; pression 0,8-1,5 Torr). L’épaisseur de la couche de silicium intrinsèque est comprise entre 3 et 10nm et l’épaisseur de la couche amorphe dopée est comprise entre 3 et 30nm. 3. Dépôt localisé d’une couche sacrificielle de SiO2 par PECVD (température 180-200°C ; pression : 0,8-1,5 Torr). La couche obtenue présente une épaisseur allant de 50nm à 1000nm. 4. Gravure de la partie non protégée de l’émetteur par une solution concentrée de KOH (20%) afin de libérer une partie de la surface du substrat. 5. Polissage de la surface libérée du substrat par une solution concentrée de KOH (20%) afin de former une zone plane. 6. Dépôt de l’empilement du BSF : (i) a-Si :H / (n) a-Si:H. L’empilement est déposé par PECVD avec les mêmes conditions opératoires que pour l’étape 2. L’épaisseur de la couche de silicium amorphe dopée est comprise entre 5nm et 50nm, après dépôt et avant d’être gravée. 7. Gravure de la couche de BSF par une solution à faible concentration de KOH (1%) jusqu’à graver complètement la couche de BSF au niveau de la zone texturée et partielle sur la partie plane (diminution de l’épaisseur initiale jusqu’à la valeur désirée, soit entre 3nm et 30nm). 8. Gravure complète de la couche SiO2 par une solution HF à faible concentration (5%). 9. Dépôt pleine plaque d’une couche conductrice en ITO par pulvérisation cathodique (température: environ 200°C ; pression 1,5.10'3Torr). L’épaisseur de la couche d’ITO déposée est comprise entre 50nm et 250nm. 10. Dépôt d’une pâte isolante au niveau de la zone texturée et de la zone plane. 11. Gravure de ΙΊΤΟ non protégé par la pâte isolante avec une solution de HCl ou de HF. 12. Gravure de la pâte isolante avec une solution alcaline (KOH). 13. Réalisation des contacts électriques de la cellule en face arrière par sérigraphie.The method comprises the following successive steps: 1. Texturing of an N-type c-Si substrate in a KOH solution (1% concentration) to form pyramids. 2. Deposition of a stack (i) a-Si: H / (p) a-Si: H on a textured face of the substrate to form the emitter. The amorphous silicon layers are deposited by PECVD (temperature: 180-200 ° C., pressure 0.8-1.5 Torr). The thickness of the intrinsic silicon layer is between 3 and 10 nm and the thickness of the doped amorphous layer is between 3 and 30 nm. 3. Localized deposit of a sacrificial SiO2 layer by PECVD (temperature 180-200 ° C, pressure: 0.8-1.5 Torr). The layer obtained has a thickness ranging from 50 nm to 1000 nm. 4. Engraving the unprotected part of the emitter with a concentrated solution of KOH (20%) to release a part of the surface of the substrate. 5. Polishing of the surface freed from the substrate by a concentrated solution of KOH (20%) to form a flat area. 6. Deposition of the BSF stack: (i) a-Si: H / (n) a-Si: H. The stack is deposited by PECVD with the same operating conditions as for stage 2. The thickness of the doped amorphous silicon layer is between 5 nm and 50 nm, after deposition and before being etched. 7. Engraving of the BSF layer with a solution of low concentration of KOH (1%) until the BSF layer is completely etched at the level of the textured and partial zone on the plane part (reduction of the initial thickness until at the desired value, between 3 nm and 30 nm). 8. Complete etching of the SiO2 layer with a low concentration HF solution (5%). 9. Full plate deposition of a conductive ITO layer by sputtering (temperature: about 200 ° C., pressure 1.5 × 10 -3 Torr). The thickness of the deposited ITO layer is between 50 nm and 250 nm. 10. Deposition of an insulating paste at the level of the textured area and the flat area. 11. Etching of ΙΊΤΟ unprotected by the insulating paste with a solution of HCl or HF. 12. Etching the insulation paste with an alkaline solution (KOH). 13. Realization of the electrical contacts of the cell on the rear face by screen printing.
Ce procédé est simple à mettre en œuvre et permet de réaliser facilement des motifs de couches minces sur des substrats. II est, avantageusement, utilisé pour réaliser des motifs émetteur/BSF d’une cellule RCC-HIT.This method is simple to implement and makes it possible to easily produce thin film patterns on substrates. It is advantageously used to produce emitter / BSF units of an RCC-HIT cell.
Le procédé de réalisation comprend des étapes utilisant des chimies sélectives pour graver certaines zones localisées de la face arrière de la cellule photovoltaïque afin de les texturer ou de les polir.The method of realization comprises steps using selective chemistries to etch certain localized areas of the rear face of the photovoltaic cell in order to texture or polish them.
Le procédé peut être également utilisé pour former des motifs sur la face avant d’un substrat en silicium pour la fabrication de cellules solaires avec différentes structures.The method can also be used to form patterns on the front face of a silicon substrate for manufacturing solar cells with different structures.
Le procédé de réalisation a été décrit pour une cellule photovoltaïque comportant une hétérojonction en silicium.The production method has been described for a photovoltaic cell comprising a silicon heterojunction.
Le procédé pourrait être appliqué pour d’autres matériaux. L’hétérojonction pourrait être en tout autre matériau adapté comme des semi-conducteurs composés du groupe lll-V ou des oxydes métallique. II pourrait s’agir, par exemple, d’une jonction comme CdS/CdTe ou à base de matériaux organique comme PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), ou encore de di-séléniure de cuivre indium ou d’arseniure de gallium.The process could be applied for other materials. The heterojunction could be any other suitable material such as Group III-V compound semiconductors or metal oxides. It could be, for example, a junction like CdS / CdTe or based on organic materials such as PEDOT / PSS (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)), or even copper di-selenide. indium or gallium arsenide.
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