FR3038143A1 - Procede d'isolation des bords d'une cellule photovoltaique a heterojonction - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte essentiellement à un procédé d'isolation électrique des bords (E) d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction, la cellule photovoltaïque ayant une face avant (FS) destinée à être exposée à un rayonnement incident et comportant : - un empilement (110) de couches semi-conductrices ayant une surface avant, une surface arrière opposée à la surface avant, et des surfaces latérales ; - une première couche conductrice électriquement (104) et transparente au rayonnement incident disposée sur la surface avant de l'empilement (110) et sur les surfaces latérales de l'empilement (110) ; - une deuxième couche conductrice électriquement (105) disposée sur la surface arrière de l'empilement (110) et sur les surfaces latérales de l'empilement (110), la première couche conductrice (104) et la deuxième couche conductrice (105) étant en contact électrique sur les surfaces latérales de l'empilement (110) ; le procédé d'isolation étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'abrasion mécanique des bords (E) de la cellule photovoltaïque de sorte que : - le contact électrique entre la première couche conductrice (104) et la deuxième couche conductrice (105) sur les surfaces latérales de l'empilement (110) soit éliminé ; et que - chaque bord (E) abrasé de la cellule photovoltaïque forme un angle aigu (α) avec la face avant (FS) de la cellule photovoltaïque.
Description
1 PROCEDE D'ISOLATION DES BORDS D'UNE CELLULE PHOTOVOLTAIQUE A HETEROJONCTION DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Le domaine technique de l'invention est celui des cellules photovoltaïques, et plus particulièrement celui de l'isolation électrique des bords des cellules photovoltaïques à hétérojonction. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Une cellule photovoltaïque est un dispositif semi-conducteur qui convertit un rayonnement électromagnétique incident, typiquement le rayonnement solaire, en courant électrique au moyen d'une jonction PN. Cette dernière est formée par l'empilement d'une couche semi-conductrice dopée selon un premier type de conductivité, typiquement p ou n, et d'une couche semi-conductrice dopée selon un deuxième type de conductivité opposé, respectivement n ou p. Deux technologies différentes sont notamment utilisées pour produire des cellules photovoltaïques. La première technologie est celle des cellules photovoltaïques dites « à homojonction » pour lesquelles les couches p et n formant la jonction PN sont composées d'un unique matériau semi-conducteur ayant la même structure cristallographique, par exemple du silicium monocristallin. Dans ces cellules photovoltaïques, seuls le type et la concentration du dopage diffèrent d'une couche à l'autre. La deuxième technologie est celle des cellules photovoltaïques dites « à hétérojonction » pour lesquelles les couches p et n formant la jonction PN sont composées de matériaux semi-conducteurs ayant des bandes d'énergie interdites différentes. Pour ce faire, les deux couches semi-conductrices de la jonction PN peuvent être composées de matériaux semi-conducteurs de natures physiques différentes, ou d'un même matériau semi-conducteur mais ayant des structures cristallographiques différentes, par exemple du silicium monocristallin et du silicium amorphe. Au cours de la fabrication d'une cellule photovoltaïque, des chemins électriques, également appelés « shunts », se forment sur les bords de la cellule photovoltaïque. Ces shunts relient électriquement les deux faces de la cellule photovoltaïque. Les porteurs de charge générés au sein de la jonction PN peuvent 3038143 2 alors emprunter ces shunts au lieu de traverser la jonction PN, ce qui a pour conséquence de diminuer l'intensité du courant fourni par la cellule photovoltaïque. Il est donc important d'isoler électriquement les bords de la cellule photovoltaïque afin de supprimer les shunts et ainsi améliorer l'efficacité de la cellule 5 photovoltaïque. Il existe actuellement différentes techniques permettant d'isoler les bords d'une cellule photovoltaïque. Le document HAUSER et al., « Comparison of different techniques for edge isolation », 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and exhibition, Munich, 2001, expose différentes techniques d'isolation électrique des bords d'une 10 cellule photovoltaïque à homojonction. Cette dernière comporte une jonction PN formée par un substrat de silicium dopé p et un émetteur dopé n, ainsi qu'une couche antireflet composée de nitrure de silicium (SiN). L'émetteur de type n est responsable des shunts dans cette cellule photovoltaïque à homojonction, car il est formé par diffusion POCI3 sur tout le pourtour du substrat de type p.
15 Ce document décrit notamment des techniques consistant à former une tranchée d'isolation sur la face avant ou sur la face arrière de la cellule photovoltaïque à homojonction. La profondeur de cette tranchée d'isolation est au moins égale à l'épaisseur de la couche formant l'émetteur. La tranchée d'isolation peut être réalisée au moyen d'un laser ou d'une scie mécanique utilisée pour la zo découpe de plaquettes. Ce document cite également des techniques d'ablation des bords de la cellule photovoltaïque à homojonction, c'est-à-dire que la couche d'antireflet en SiN et l'émetteur situés sur les bords de la cellule sont enlevés. L'ablation des bords est par exemple effectuée par gravure plasma, par abrasion, ou par découpe mécanique ou 25 laser. Concernant l'isolation électrique des bords d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction, le document EP2682990 décrit une technique dans laquelle les bords de la cellule photovoltaïque sont masqués lors du dépôt d'un revêtement conducteur sur la face arrière. Cependant, la zone masquée en périphérie de la face arrière est 30 importante, ce qui a pour effet de diminuer le courant électrique produit la cellule. Par ailleurs, le document US 5935344 (SANYO) 24.10.1996, présente une technique utilisant un laser pour procéder à l'ablation des bords de la cellule photovoltaïque à hétérojonction.
3038143 3 Cette technique a notamment l'inconvénient de réduire la surface active de la cellule photovoltaïque, entraînant ainsi une diminution du courant produit par la cellule photovoltaïque. De plus, l'utilisation d'un laser provoque une recristallisation du substrat semi-conducteur dans le sillage du laser. Cette recristallisation conduit à 5 la création de pièges recombinants sur les bords de la cellule photovoltaïque, avec pour conséquence in fine de détériorer le facteur de forme de la cellule photovoltaïque. RESUME DE L'INVENTION 10 Le procédé selon l'invention vise à résoudre les problèmes qui viennent d'être exposés en proposant un procédé d'isolation des bords d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction limitant à la fois la perte de surface active de la cellule photovoltaïque et les défauts créés dans le matériau semi-conducteur. Un premier aspect de l'invention concerne donc un procédé d'isolation 15 électrique des bords d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction, la cellule photovoltaïque ayant une face avant destinée à être exposée à un rayonnement incident et comportant : - un empilement de couches semi-conductrices ayant une surface avant, une surface arrière opposée à la surface avant, et des surfaces latérales ; 20 - une première couche conductrice électriquement et transparente au rayonnement incident disposée sur la surface avant de l'empilement et sur les surfaces latérales de l'empilement ; - une deuxième couche conductrice électriquement disposée sur la surface arrière de l'empilement et sur les surfaces latérales de l'empilement, la 25 première couche conductrice et la deuxième couche conductrice étant en contact électrique sur les surfaces latérales de l'empilement ; le procédé d'isolation étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'abrasion mécanique des bords de la cellule photovoltaïque de sorte que : - le contact électrique entre la première couche conductrice et la deuxième 30 couche conductrice sur les surfaces latérales de l'empilement soit éliminé ; et que - chaque bord abrasé de la cellule photovoltaïque forme un angle aigu avec la face avant de la cellule photovoltaïque.
3038143 4 Contrairement à la technique d'isolation par laser, la technique d'abrasion permet un contrôle précis de la quantité de matériau conducteur retirée sur les bords de cellule photovoltaïque. En outre, le fait d'abraser les bords de la cellule photovoltaïque selon un angle aigu par rapport à la face avant permet d'enlever 5 davantage de matériau conducteur du côté de la face arrière que du côté de la face avant. Ainsi, on rompt le contact électrique entre la face avant et la face arrière de la cellule photovoltaïque tout en préservant la surface active de la cellule photovoltaïque, c'est-à-dire la surface de collecte des photons en face avant de la cellule.
10 Le procédé d'isolation selon le premier aspect de l'invention peut également comporter une ou plusieurs caractéristiques parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles : - l'angle aigu entre la face avant de la cellule photovoltaïque et chaque bord abrasé de la cellule photovoltaïque est compris entre 50° et 88,5° ; 15 - l'étape d'abrasion mécanique des bords de la cellule photovoltaïque est effectuée sur une épaisseur comprise entre 5 pm et 50 pm ; - l'empilement de couches semi-conductrices de la cellule photovoltaïque comporte un substrat semi-conducteur texturé en surface par des motifs, et l'étape d'abrasion mécanique des bords de la cellule photovoltaïque est 20 effectuée au moyen d'un abrasif comportant des grains ayant des dimensions du même ordre de grandeur que celles des motifs du substrat semiconducteur. - les grains de l'abrasif sont des grains en carbure de silicium ou des grains de diamant.
25 Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comportant les étapes suivantes : - fournir un empilement de couches semi-conductrices ayant une surface avant, une surface arrière opposée à la surface avant, et des surfaces latérales ; - déposer une première couche conductrice électriquement et transparente au 30 rayonnement incident sur la surface avant de l'empilement ; - déposer une deuxième couche conductrice électriquement sur la surface arrière de l'empilement ; 3038143 5 le procédé de fabrication étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un procédé d'isolation électrique des bords de la cellule photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes. Le procédé de fabrication selon le deuxième aspect de l'invention peut 5 également comporter une ou plusieurs caractéristiques parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles : - le procédé de fabrication comporte en outre une étape de nettoyage des bords de la cellule photovoltaïque, l'étape de nettoyage étant concomitante ou 10 postérieure au procédé d'isolation électrique des bords de la cellule photovoltaïque ; - l'étape de nettoyage des bords de la cellule photovoltaïque comporte une opération de rinçage des bords de la cellule photovoltaïque au moyen d'eau et/ou d'alcool ; 15 - l'étape de nettoyage des bords de la cellule photovoltaïque comporte une opération de soufflage d'un gaz comprimé sur les bords de la cellule photovoltaïque. - le procédé de fabrication comporte en outre une étape de passivation des bords de la cellule photovoltaïque, l'étape de passivation étant postérieure au 20 procédé d'isolation électrique des bords de la cellule photovoltaïque ; - la première couche conductrice et la deuxième couche conductrice sont déposées par une technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
25 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent, parmi lesquelles : - les figures 1A et 1B sont deux vues en coupe transversale d'un exemple de 30 cellule photovoltaïque à hétérojonction, respectivement avant et après la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 2 représente, en fonction de l'illumination, le facteur de forme (en valeurs relatives) d'une cellule photovoltaïque dont les bords ont été isolés au moyen du procédé selon l'invention et au moyen d'un laser.
3038143 6 Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur toutes les figures.
5 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Un mode de mise en oeuvre préférentiel du procédé d'isolation selon l'invention va maintenant être décrit. Ce procédé est destiné à isoler électriquement la jonction PN d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction de manière efficace tout 10 en ayant un impact limité sur les performances de la cellule photovoltaïque. L'isolation électrique de la jonction PN vise à réduire les pertes électriques et donc à augmenter le rendement de la cellule photovoltaïque. La figure 1A est une vue en coupe transversale d'un exemple de cellule photovoltaïque à hétérojonction, avant la mise en oeuvre du procédé selon 15 l'invention. La cellule photovoltaïque possède une face avant FS destinée à être exposée à un rayonnement incident, typiquement un rayonnement solaire, une face arrière BS opposée à la face avant, et des bords E entourant la cellule photovoltaïque et s'étendant entre la face avant FS et la face arrière BS de la cellule photovoltaïque. En vue de dessus (non représentée), la cellule photovoltaïque a 20 avantageusement une forme carré ou pseudo-carré pour laquelle les angles sont arrondis. Elle compte alors quatre côtés de longueurs identiques. Dans la suite de la description, le terme « avant » sera employé pour désigner les surfaces disposées du côté de la face avant FS de la cellule photovoltaïque. De même, le terme « arrière » sera employé pour désigner les surfaces disposées du 25 côté de la face arrière BS de la cellule photovoltaïque. La cellule photovoltaïque comporte un substrat semi-conducteur 101 dopé d'un premier type de conductivité, i.e. de type n ou p. Le substrat semi-conducteur 101 est de préférence en silicium monocristallin. Par ailleurs, le substrat semiconducteur 101 est préférentiellement dopé n. En effet, une cellule photovoltaïque à 30 hétérojonction ayant un substrat en silicium monocristallin dopé n possède un meilleur rendement qu'une cellule photovoltaïque à hétérojonction ayant un substrat en silicium monocristallin dopé p. Le substrat semi-conducteur 101 est recouvert d'au moins une couche semiconductrice, dopée d'un type de conductivité opposé à celui du substrat, formant 3038143 7 ainsi un empilement de couches semi-conductrices 110 et une jonction PN. Dans l'exemple de la figure 1A, l'empilement 110 comporte, en plus du substrat 101, une première couche semi-conductrice 102 et une deuxième couche semi-conductrice 103.
5 La première couche semi-conductrice 102 recouvre la face avant du substrat 101, et éventuellement une partie des flancs du substrat 101. La deuxième couche semi-conductrice 103 recouvre la face arrière du substrat 101, et éventuellement une partie des flancs du substrat 101. Ainsi, l'empilement 110 présente une surface avant correspondant à la 10 première couche semi-conductrice 102, une surface arrière correspondant à la deuxième couche semi-conductrice 103, et des surfaces latérales correspondant aux flancs du substrat 101, à une portion de la première couche semi-conductrice 102 ou à une portion de la deuxième couche semi-conductrice 103. La première couche semi-conductrice 102 et la deuxième couche semi- 15 conductrice 103 sont généralement déposées sur le substrat semi-conducteur 101 au moyen d'une technique de dépôt non directive, par exemple un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, également appelé PECVD pour « Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition » en anglais, ce qui explique pourquoi les couches semi-conductrices 102, 103 viennent également se déposer sur les flancs zo du substrat 101. Dans une première configuration de la cellule photovoltaïque à hétérojonction, la première couche semi-conductrice 102 a un type de conductivité opposé à celui du substrat semi-conducteur 101, formant ainsi l'émetteur de la jonction PN en face avant. La deuxième couche semi-conductrice 103 est alors d'un type de conductivité 25 identique à celui du substrat semi-conducteur 101, formant ainsi un champ répulsif en face arrière, également appelé BSF pour « Back Surface Field » en anglais. Cette configuration est communément appelée « émetteur standard ». Inversement, dans une deuxième configuration, la deuxième couche semiconductrice 103 a un type de conductivité opposé à celui du substrat semi- 30 conducteur 101, formant ainsi l'émetteur de la jonction PN en face arrière. La première couche semi-conductrice 102 est alors d'un type de conductivité identique à celui du substrat semi-conducteur 101, formant ainsi un champ répulsif en face avant, également appelé FSF pour « Front Surface Field » en anglais. Cette configuration est communément appelée « émetteur inversé ».
3038143 8 La face de la cellule photovoltaïque comprenant le champ répulsif, c'est-à-dire la base de la jonction PN, est destinée à recevoir des contacts métalliques, au niveau desquels le taux de recombinaison des porteurs de charges est très élevé. Le rôle du champ répulsif est d'éloigner les porteurs de charges minoritaires de la base 5 de la jonction PN. Ainsi, le nombre de recombinaisons des porteurs de charges au niveau des contacts métalliques est limité. La couche semi-conductrice formant le champ répulsif est de préférence fortement dopée pour maximiser cet effet. Elle a par exemple une concentration en dopants d'au moins 1020 cm-3. Les couches semi-conductrices 102, 103 sont dans cet exemple de cellule 10 photovoltaïque formées de silicium amorphe. L'épaisseur des couches semiconductrices 102, 103 est par exemple de l'ordre de 8 et 14 nm respectivement dans la configuration émetteur inversé. Dans d'autres modes de réalisation non représentés sur les figures, l'empilement 110 peut comporter un plus grand nombre de couches semi- 15 conductrices. Par exemple, chacune des couches semi-conductrices 102 et 103 en silicium amorphe peut être juxtaposée à une couche de silicium intrinsèque, la couche de silicium intrinsèque étant disposée entre le substrat semi-conducteur 101 et ladite couche semi-conductrice 102-103 en silicium amorphe. La conductivité électrique des couches semi-conductrices 102, 103 en silicium 20 amorphe est trop faible pour permettre un transport optimal des charges électriques. Ainsi, des contacts métalliques ne peuvent être directement disposés sur ces couches. Il convient au préalable de déposer des couches conductrices électriquement sur les surfaces avant et arrière de l'empilement 110 pour collecter les charges électriques générées par la jonction PN.
25 Une première couche conductrice électriquement 104, également transparente au rayonnement incident, est déposée sur la face avant de l'empilement 110. La première couche conductrice électriquement 104 est généralement formée d'un oxyde transparent et conducteur, par exemple de l'oxyde d'indium-étain, également appelé ITO pour « Indium Tin Oxide » en anglais.
30 Une deuxième couche conductrice électriquement 105 est déposée sur la face arrière de l'empilement 110. La deuxième couche conductrice électriquement 105 peut également être transparente, lorsque l'on veut capter un rayonnement diffus par la face arrière BS de la cellule photovoltaïque. La deuxième couche conductrice électriquement 105 est alors généralement formée d'un oxyde transparent et 3038143 9 conducteur, de préférence identique à celui de la première couche conductrice électriquement 104. Une cellule photovoltaïque de ce type est dite « bifaciale ». Si la face arrière BS de la cellule photovoltaïque n'est pas destinée à être exposée à un quelconque rayonnement, la deuxième couche conductrice 5 électriquement 105 peut être formée d'un métal, par exemple l'argent. Une cellule photovoltaïque de ce type est dite « monofaciale ». Pareillement à la première couche semi-conductrice 102 et à la deuxième couche semi-conductrice 103, la première couche conductrice électriquement 104 et la deuxième couche conductrice électriquement 105 sont généralement déposées au 10 moyen d'une technique de dépôt non directive, par exemple par PVD. Les couches conductrices électriquement 104, 105 ont par exemple une épaisseur comprise entre 50 et 300 nm. La première couche conductrice électriquement 104 et la deuxième couche conductrice électriquement 105 se déposent donc également sur les surfaces 15 latérales de l'empilement 110 en formant des contacts électriques. Par conséquent, la face avant FS et la face arrière BS de la cellule photovoltaïque sont reliées par des chemins conducteurs électriquement, appelés « shunts », situés au niveau des bords E de la cellule photovoltaïque. Après le dépôt des couches conductrices 104, 105 sur l'empilement 110, la 20 cellule photovoltaïque est soumise à un procédé d'isolation électrique des bords E de la cellule photovoltaïque à hétérojonction, dans le but de supprimer ces chemins conducteurs. Ainsi, la valeur d'une grandeur appelée « résistance de shunt » symbolisant les shunts entre les deux faces de la cellule photovoltaïque est augmentée.
25 Pour ce faire, le procédé d'isolation comporte une étape d'abrasion mécanique des bords E de la cellule photovoltaïque. Au cours de cette étape d'abrasion, on élimine de la matière sur les bords E de la cellule photovoltaïque par frottement d'un abrasif sur les bords E de la cellule photovoltaïque. La figure 1B est une vue de coupe transversale de la cellule photovoltaïque de 30 la figure 1A, après la mise en oeuvre de ce procédé. L'abrasion mécanique est réalisée de manière à éliminer la première couche conductrice électriquement 104 et la deuxième couche conductrice électriquement 105 disposées sur les surfaces latérales de l'empilement 110 de couches semiconductrices et formant les bords E de la cellule photovoltaïque. Les contacts 3038143 10 électriques provenant de la rencontre entre la première couche conductrice électriquement 104 et la deuxième couche conductrice électriquement 105 sont alors détruits. Ainsi la face avant FS et la face arrière BS de la cellule photovoltaïque sont isolées électriquement.
5 En outre, l'abrasion est effectuée de manière à ce que chaque bord E de la cellule photovoltaïque forme, après abrasion, un angle aigu a avec la face avant FS de la cellule photovoltaïque. Ainsi, la surface active de la face avant FS de la cellule photovoltaïque, face exposée au rayonnement incident, reste maximale. L'angle aigu a entre la face avant FS et les bords E de la cellule photovoltaïque permet 10 d'améliorer la qualité de l'isolation entre les deux faces de la cellule photovoltaïque en augmentant la distance entre ces dernières. L'angle aigu a est préférentiellement compris entre 50° et 88,5°. L'étape d'abrasion estde préférence réalisée de façon automatisée pour garantir un meilleur contrôle de l'angle a . L'abrasion des bords E de la cellule photovoltaïque est de préférence 15 effectuée sur une épaisseur comprise entre 5 pm et 50 pm, c'est-à-dire qu'on élimine 5 à 50 pm de matière sur les bords E de la cellule photovoltaïque. Cette matière éliminée correspond principalement aux matériaux des couches conductrices 104, 105. L'épaisseur de matière éliminée est du même ordre de grandeur que celle des 20 couches conductrices 104, 105. Ainsi l'épaisseur de matière abrasée est suffisante pour éliminer entièrement la première couche conductrice électriquement 104 et la deuxième couche conductrice électriquement 105 sur les bords E de la cellule photovoltaïque tout en minimisant la perte de surface sur la face avant FS et la face arrière BS de la cellule photovoltaïque. A titre de comparaison, la technique de l'art 25 antérieur utilisant un laser peut enlever jusqu'à 1 mm de matière sur les bords de la cellule photovoltaïque. Par conséquent, dans ce mode de mise en oeuvre préférentiel, les couches semi-conductrices 102, 103 en silicium amorphe situées sur les flancs du substrat semi-conducteur 101 en silicium monocristallin 101 ne sont pas entièrement retirées 30 afin de protéger le substrat 101. Ceci n'est pas préjudiciable pour la qualité de l'isolation, car ces couches sont bien moins conductrices électriquement que les couches conductrices 104, 105 d'oxyde transparent. Ainsi, contrairement aux 3038143 n procédés d'isolation de l'art antérieur, l'abrasion mécanique limite la création de défauts de structure sur le substrat semi-conducteur 101. L'abrasif utilisé au cours de l'étape d'abrasion se présente de préférence sous la forme d'un papier de verre. Par ailleurs, le substrat semi-conducteur 101 5 est texturé, c'est-à-dire qu'il présente des motifs en surface afin de diminuer la réflexion du rayonnement incident. L'abrasif comporte des grains ayant de préférence des dimensions du même ordre de grandeur que celles des motifs en surface du substrat. Ainsi, l'élimination de matière est mieux contrôlée. Les motifs en surface du substrat semi-conducteur 101 sont généralement de 10 forme pyramidale. Les dimensions des motifs en surface du substrat, et donc les dimensions des grains de l'abrasif, sont par exemple de l'ordre de 10 pm. Les grains de l'abrasif sont par exemple des grains en carbure de silicium ou des grains de diamant. L'abrasion mécanique générant des particules qui peuvent contaminer la 15 cellule photovoltaïque, le procédé de fabrication de la cellule photovoltaïque à hétérojonction comporte avantageusement une étape de nettoyage des bords E de la cellule photovoltaïque pour éliminer ces particules. L'étape de nettoyage des bords E de la cellule photovoltaïque peut être réalisée pendant ou après l'étape d'abrasion. L'étape de nettoyage comporte par exemple une opération de rinçage des 20 bords E de la cellule photovoltaïque au moyen d'eau déionisée ou d'alcool tel que l'isopropanol. L'étape de nettoyage des bords E de la cellule photovoltaïque peut en outre comporter une opération de soufflage d'un gaz comprimé, par exemple de l'air ou un gaz inerte, sur les bords abrasés (ou en cours d'abrasion) de la cellule photovoltaïque.
25 L'abrasion mécanique des bords E de la cellule photovoltaïque étant susceptible de mettre à jour les surfaces latérales du substrat semi-conducteur 101, le procédé de fabrication peut en outre comporter une étape de passivation des bords E de la cellule photovoltaïque afin de limiter le mécanisme de recombinaison surfacique des porteurs de charge. L'étape de passivation est réalisée après l'étape 30 d'isolation des bords E de la cellule photovoltaïque. Elle consiste à rendre inactif électriquement les bords E de la cellule photovoltaïque en y formant un oxyde. Des courbes du facteur de forme FF d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction en configuration émetteur inversé sont illustrées sur la figure 2. Les courbes sont tracées en fonction de l'illumination, et correspondent à deux procédés 3038143 12 d'isolation des bords de la cellule photovoltaïque différents, effectués sur une même structure de cellule photovoltaïque. En effet, la figure 2 montre une première courbe 201 correspondant à une cellule photovoltaïque isolée par une technique de l'art antérieur, en utilisant un laser 5 pour tracer un sillon sur le pourtour de la face arrière de la cellule photovoltaïque, et une deuxième courbe 202 correspondant à une cellule photovoltaïque isolée par abrasion mécanique selon le mode de mise en oeuvre préférentiel de l'invention. Les valeurs du facteur de forme FF sur ces deux courbes 201, 202 sont normalisées par rapport à la valeur du facteur de forme obtenue par la cellule 10 photovoltaïque dont les bords E ont été isolés par laser, à une illumination de 1000 W/m2. Le facteur de forme FF d'une cellule photovoltaïque exprime le rapport entre la puissance réelle débitée par la cellule photovoltaïque et la puissance idéale de la cellule photovoltaïque, selon l'équation suivante : FF = Vmax - Imax 15 où Vmax est la tension maximale de la cellule photovoltaïque, Imax est le courant maximal de la cellule photovoltaïque, 1/c0 est la tension en circuit ouvert de la cellule photovoltaïque, et /cc est le courant en court-circuit de la cellule photovoltaïque. Le facteur de forme FF est limité par des résistances parasites dont notamment la résistance de shunt. Plus la résistance de shunt est élevée, plus le 20 courant de fuite est faible et plus le courant délivré par la cellule photovoltaïque est élevé. Ainsi, une bonne isolation électrique des bords E de la cellule photovoltaïque entraîne une amélioration du facteur de forme FF de la cellule photovoltaïque. Une nette amélioration du facteur de forme FF peut être constatée lorsque les bords E de la cellule photovoltaïque sont isolés par abrasion mécanique plutôt que 25 par laser. L'amélioration du facteur de forme FF, supérieure à trois points, est particulièrement importante pour une faible illumination. En effet, une baisse de l'illumination, et donc du nombre de photons, entraîne une diminution du courant. Les résistances parasites, et notamment les résistances de shunt, deviennent alors prépondérantes. Une très bonne isolation des bords de la 30 cellule photovoltaïque est donc nécessaire à basse illumination pour obtenir un bon facteur de forme FF. FCO'ICC 3038143 13 L'isolation par abrasion permettant de conserver une plus grande surface active de la cellule photovoltaïque par rapport à la technique classique utilisant un laser, on constate une augmentation du courant débité par la cellule. Cette augmentation peut atteindre 100 mA dans l'exemple de cellule des figures 1A et 1 B.
5 Le rendement ii, lié au facteur de forme FF par la relation suivante : Vc0.1'.FF 11 = p 'incidente OÙ Pincidente est la puissance incidente (rayonnement incident), est quant à lui augmenté de 0,15 %. Ainsi, grâce au procédé selon l'invention, une isolation électrique des bords de la cellule photovoltaïque est réalisée de manière performante. La perte de surface 10 sur les faces de la cellule photovoltaïque et les dégâts structurels sont particulièrement limités. L'isolation électrique des bords d'une cellule photovoltaïque présente également un intérêt pour la mise en module de plusieurs cellules photovoltaïques. Dans un module photovoltaïque, les cellules photovoltaïques sont généralement 15 interconnectées par des rubans électriques. Des cellules photovoltaïques sont par exemple mises en série en connectant la face avant d'une cellule photovoltaïque avec la face arrière de la cellule photovoltaïque suivante, et ainsi de suite. Lors de cette mise en module, les bords des cellules photovoltaïques sont susceptibles d'entrer en contact entre les rubans interconnectant les cellules photovoltaïques.
20 Le fait de supprimer ici les couches conductrices sur les bords de la cellule photovoltaïque permet de réduire le risque de court-circuit entre les rubans interconnectant les cellules photovoltaïques du module et les bords des cellules photovoltaïques. Naturellement l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en 25 référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. On peut notamment effectuer l'étape d'isolation des bords de la cellule photovoltaïque après l'étape de métallisation dans laquelle des contacts métalliques sont déposés sur les couches conductrices, ou encore d'effectuer l'abrasion mécanique sur un empilement de cellules photovoltaïque afin d'augmenter 30 le rendement du procédé.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'isolation électrique des bords (E) d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction, la cellule photovoltaïque ayant une face avant (FS) destinée à être 5 exposée à un rayonnement incident et comportant : - un empilement (110) de couches semi-conductrices ayant une surface avant, une surface arrière opposée à la surface avant, et des surfaces latérales ; - une première couche conductrice électriquement (104) et transparente au rayonnement incident disposée sur la surface avant de l'empilement (110) et 10 sur les surfaces latérales de l'empilement (110) ; - une deuxième couche conductrice électriquement (105) disposée sur la surface arrière de l'empilement (110) et sur les surfaces latérales de l'empilement (110), la première couche conductrice (104) et la deuxième couche conductrice (105) étant en contact électrique sur les surfaces latérales 15 de l'empilement (110) ; le procédé d'isolation étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'abrasion mécanique des bords (E) de la cellule photovoltaïque de sorte que : - le contact électrique entre la première couche conductrice (104) et la deuxième couche conductrice (105) sur les surfaces latérales de l'empilement 20 (110) soit éliminé ; et que - chaque bord (E) abrasé de la cellule photovoltaïque forme un angle aigu (a) avec la face avant (FS) de la cellule photovoltaïque.
- 2. Procédé d'isolation selon la revendication précédente dans lequel l'angle aigu 25 (C) entre la face avant (FS) de la cellule photovoltaïque et chaque bord (E) abrasé de la cellule photovoltaïque est compris entre 50° et88,5°.
- 3. Procédé d'isolation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'étape d'abrasion mécanique des bords (E) de la cellule photovoltaïque 30 est effectuée sur une épaisseur comprise entre 5 um et 50 um.
- 4. Procédé d'isolation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'empilement (110) de couches semi-conductrices de la cellule photovoltaïque comporte un substrat semi-conducteur (101) texturé en surface par 3038143 15 des motifs, et dans lequel l'étape d'abrasion mécanique des bords (E) de la cellule photovoltaïque est effectuée au moyen d'un abrasif comportant des grains ayant des dimensions du même ordre de grandeur que celles des motifs du substrat semiconducteur (101).
- 5. Procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comportant les étapes suivantes : - fournir un empilement (110) de couches semi-conductrices ayant une surface avant et une surface arrière opposée à la surface avant ; - déposer une première couche conductrice électriquement (104) et transparente au rayonnement incident sur la surface avant de l'empilement (110) ; - déposer une deuxième couche conductrice électriquement (105) sur la surface arrière de l'empilement (110) ; le procédé de fabrication étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un procédé d'isolation électrique des bords (E) de la cellule photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5 comportant en outre une étape de nettoyage des bords (E) de la cellule photovoltaïque, l'étape de nettoyage étant concomitante ou postérieure au procédé d'isolation électrique des bords (E) de la cellule photovoltaïque.
- 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6 dans lequel l'étape de nettoyage des bords (E) de la cellule photovoltaïque comporte une opération de rinçage des bords (E) de la cellule photovoltaïque au moyen d'eau et/ou d'alcool.
- 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 et 7 dans lequel l'étape de nettoyage des bords (E) de la cellule photovoltaïque comporte une 30 opération de soufflage d'un gaz comprimé sur les bords (E) de la cellule photovoltaïque.
- 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 comportant en outre une étape de passivation des bords (E) de la cellule 3038143 16 photovoltaïque, l'étape de passivation étant postérieure au procédé d'isolation électrique des bords (E) de la cellule photovoltaïque.
- 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 à 9 dans 5 lequel la première couche conductrice (104) et la deuxième couche conductrice (105) sont déposées par une technique de dépôt chimique en phase vapeur.
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