FR3038776A1 - PHOTOVOLTAIC CELL AND METHOD OF MANUFACTURING PHOTOVOLTAIC CELL - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une cellule photovoltaïque et un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque comportant : - un substrat (1) en silicium ; - une couche dite « barrière » (4) en matériau diélectrique transparent, la couche barrière (4) étant déposée sur le substrat (1), la couche barrière (4) étant traversée par au moins une cavité (5); - au moins une couche en matériau III-V (20, 20a, 20b) formant une jonction p-n, la couche en matériau III-V (20, 20a, 20b) étant déposée dans la cavité (5); - une couche dite « intercalaire » (9) en matériau diélectrique transparent, la couche intercalaire (9) étant déposée sur la couche barrière (4); - une couche de microlentilles (10) déposée sur la couche intercalaire (9), la couche de microlentilles (10) comportant au moins une microlentille (11), la microlentille (11) présentant un point focal situé dans la cavité (5).The invention relates to a photovoltaic cell and a method of manufacturing a photovoltaic cell comprising: a substrate (1) made of silicon; a so-called "barrier" layer (4) of transparent dielectric material, the barrier layer (4) being deposited on the substrate (1), the barrier layer (4) being traversed by at least one cavity (5); at least one layer of III-V material (20, 20a, 20b) forming a p-n junction, the layer of III-V material (20, 20a, 20b) being deposited in the cavity (5); - A so-called "interlayer" layer (9) of transparent dielectric material, the intermediate layer (9) being deposited on the barrier layer (4); - A microlens layer (10) deposited on the intermediate layer (9), the microlens layer (10) comprising at least one microlens (11), the microlens (11) having a focal point located in the cavity (5).

Description

CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE ET PROCEDE DE FABRICATION D’UNE CELLULEPHOTOVOLTAIC CELL AND METHOD OF MANUFACTURING CELL

PHOTOVOLTAÏQUEPHOTOVOLTAIC

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

Le domaine de l’invention est celui des cellules photovoltaïques et des procédés de fabrication de cellules photovoltaïques.The field of the invention is that of photovoltaic cells and photovoltaic cell manufacturing processes.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURSTATE OF THE PRIOR ART

Actuellement, la technologie dominante pour les cellules solaires est basée sur l'utilisation du matériau silicium, sous sa forme mono- ou poly-cristalline. Une possibilité pour augmenter le rendement d’une cellule solaire à base de silicium consiste à ajouter sur cette dernière une couche de matériau lll-V. Un matériau lll-V est un alliage d’un ou plusieurs éléments de la colonne III du tableau de Mendeleïev avec un ou plusieurs éléments de la colonne V du tableau de Mendeleïev, à l’exclusion des matériaux lll-V contenant de l’azote ou du bore. Cette couche de matériau lll-V forme généralement une jonction p-n sur la cellule en silicium.Currently, the dominant technology for solar cells is based on the use of the silicon material, in its mono- or poly-crystalline form. One possibility to increase the efficiency of a silicon-based solar cell is to add on the latter a layer of III-V material. A III-V material is an alloy of one or more elements of column III of the Mendeleev table with one or more elements of column V of the Mendeleev table, excluding III-V materials containing nitrogen. or boron. This layer of III-V material generally forms a p-n junction on the silicon cell.

Toutefois, l’épitaxie d’une couche de matériau lll-V sur une couche de silicium pose de nombreux problèmes, notamment du fait du désaccord de paramètre de maille entre ces deux matériaux. Ainsi, dans le cas où le matériau lll-V est du GaAsP, la différence de paramètre de maille entre le matériau lll-V et le silicium est d’environ 4%, ce qui créé des dislocations dans le matériau lll-V avec une densité d’environ 109cm"2. En outre, le matériau lll-V et le silicium présentent des coefficients d’expansion thermiques très différents, ce qui peut faire fissurer la couche en matériau lll-V. Ce phénomène est nommé dans la littérature en langue anglaise « epilayer cracking ». A cela s’ajoute le fait que le désaccord chimique entre le matériau lll-V et le silicium induit une morphologie de nucléation de mauvaise qualité, ce qui génère la création de défauts d’empilement (nommé dans la littérature en langue anglaise « stacking faults ») et de micro fissures (nommé dans la littérature en langue anglaise « microtwins »). Enfin, la croissance d’un matériau polaire (lll-V) sur un matériau qui ne l’est pas (Si) va induire la présence de parois d’antiphase dans la couche de lll-V. Ces parois sont un défaut où l’on va avoir des liaisons entres atomes d’éléments III entres eux, ou bien atomes d’éléments V entres eux, alors que dans un cristal sans défaut, on devrait uniquement avoir des liaisons entres atomes d’éléments III avec des atomes d’éléments V. L’ensemble de ces défauts cristallins entraîne une dégradation des performances de la cellule solaire.However, the epitaxy of a layer of III-V material on a silicon layer poses numerous problems, in particular because of the mesh parameter mismatch between these two materials. Thus, in the case where the III-V material is GaAsP, the difference in mesh parameter between the III-V material and the silicon is about 4%, which creates dislocations in the III-V material with In addition, the III-V material and the silicon have very different thermal expansion coefficients, which can cause the layer to be made of III-V material. Moreover, the fact that the chemical mismatch between the III-V material and the silicon induces a nucleating morphology of poor quality, which generates the creation of stacking defects (named in the French text "epilayer cracking"). English literature "stacking faults") and micro fissures (named in the literature in English "microtwins") Finally, the growth of a polar material (III-V) on a material that is not ( Si) will induce the presence of walls of antiphase in the layer of III-V. These walls are a defect where we will have bonds between atoms of elements III between them, or atoms of elements V between them, whereas in a crystal Without defect, one should only have bonds between atoms of elements III with atoms of elements V. The set of these crystalline defects results in a degradation of the performances of the solar cell.

EXPOSE DE L’INVENTION L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique en proposant une cellule solaire présentant des performances améliorées.SUMMARY OF THE INVENTION The invention aims to remedy the disadvantages of the state of the art by proposing a solar cell having improved performance.

Pour ce faire, un premier aspect de l’invention propose de faire croître le matériau lll-V dans des cavités d’une couche de matériau diélectrique transparent afin de bloquer latéralement la propagation des dislocations. On évite ainsi que les dislocations ne se propagent jusqu’à la surface de la couche de matériau lll-V épitaxiée. Toutefois, l’inconvénient d’une telle approche est que le substrat en silicium n’est pas entièrement recouvert de la couche en matériau lll-V qui est la couche active absorbant la lumière. Pour remédier à ce problème, une couche de microlentilles est déposée sur la cellule photovoltaïque ainsi formée afin de concentrer la lumière dans les cavités qui contiennent la couche active en matériau lll-V. En outre, la position du point focal de chaque microlentille de la couche de microlentilles est ajustée grâce à la présence d’une couche transparente entre la couche de microlentilles et la surface supérieure des cavités.To do this, a first aspect of the invention proposes to grow the III-V material in cavities of a layer of transparent dielectric material to block laterally the propagation of dislocations. This prevents dislocations from propagating to the surface of the layer of III-V epitaxial material. However, the disadvantage of such an approach is that the silicon substrate is not completely covered by the III-V material layer which is the light absorbing active layer. To remedy this problem, a layer of microlenses is deposited on the photovoltaic cell thus formed in order to concentrate the light in the cavities which contain the active layer of III-V material. In addition, the position of the focal point of each microlens of the microlens layer is adjusted by the presence of a transparent layer between the microlens layer and the upper surface of the cavities.

Plus précisément, un premier aspect de l’invention concerne une cellule photovoltaïque comportant : - un substrat en silicium ; - une couche dite « barrière >> en matériau diélectrique transparent, la couche barrière étant déposée sur le substrat, la couche barrière étant traversée par au moins une cavité ; au moins une couche en matériau lll-V formant une jonction p-n, la couche en matériau lll-V étant déposée dans la cavité ; - une couche dite « intercalaire >> en matériau diélectrique transparent, la couche intercalaire étant déposée sur la couche barrière; - une couche de microlentilles déposée sur la couche intercalaire, la couche de microlentilles comportant au moins une microlentille, la microlentille présentant un point focal situé dans la cavité.More specifically, a first aspect of the invention relates to a photovoltaic cell comprising: a silicon substrate; a so-called "barrier" layer of transparent dielectric material, the barrier layer being deposited on the substrate, the barrier layer being traversed by at least one cavity; at least one layer of III-V material forming a p-n junction, the layer of III-V material being deposited in the cavity; a so-called "interlayer" layer made of transparent dielectric material, the interlayer being deposited on the barrier layer; - A layer of microlenses deposited on the intermediate layer, the microlens layer comprising at least one microlens, the microlens having a focal point located in the cavity.

La cellule photo voltaïque ainsi formée est donc particulièrement avantageuse en ce qu’elle présente des performances améliorées grâce à la diminution de la densité de dislocations dans la couche en matériau lll-V du fait du dépôt de la couche en matériau lll-V dans une cavité de la couche barrière. Par ailleurs, le fait que la couche en matériau lll-V ne recouvre pas totalement le substrat en silicium ne pénalise pas le fonctionnement de la cellule grâce aux microlentilles qui permettent de concentrer la lumière dans les zones où le matériau lll-V se trouve, c’est-à-dire dans les cavités. La couche intercalaire permet d’ajuster la position du point focal des microlentilles de façon à ce que ce point focal se trouve à l’endroit voulu. En effet, on peut choisir l’épaisseur de la couche intercalaire de façon à obtenir l’écartement voulu entre la couche de microlentilles et le matériau lll-V déposé dans la cavité.The photovoltaic cell thus formed is therefore particularly advantageous in that it exhibits improved performances due to the reduction of the dislocation density in the layer of material III-V due to the deposition of the layer of material III-V in a cavity of the barrier layer. Moreover, the fact that the layer of material III-V does not completely cover the silicon substrate does not penalize the operation of the cell thanks to the microlenses which make it possible to concentrate the light in the areas where the III-V material is located, that is to say in the cavities. The interlayer makes it possible to adjust the position of the focal point of the microlenses so that this focal point is at the desired place. Indeed, one can choose the thickness of the interlayer so as to obtain the desired spacing between the microlens layer and the material III-V deposited in the cavity.

La cellule photo voltaïque selon le premier aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.The photovoltaic cell according to the first aspect of the invention may also have one or more of the following features taken individually or in any technically possible combination.

Avantageusement, la couche barrière est traversée par plusieurs cavités, une couche en matériau lll-V étant déposée dans chaque cavité.Advantageously, the barrier layer is traversed by several cavities, a layer of material III-V being deposited in each cavity.

Avantageusement, chaque microlentille présente un diamètre compris entre 0.5 pm et 50 pm, et de préférence entre 5 pm et 20 pm.Advantageously, each microlens has a diameter of between 0.5 μm and 50 μm, and preferably between 5 μm and 20 μm.

Avantageusement, chaque microlentille est configurée de façon à présenter une distance focale comprise entre 0.5 pm et 50 pm, et de préférence entre 5pm et 20pm.Advantageously, each microlens is configured to have a focal length of between 0.5 μm and 50 μm, and preferably between 5 μm and 20 μm.

Avantageusement, la couche intercalaire présente une épaisseur comprise entre 50% et 100% de la distance focale de la microlentille.Advantageously, the interlayer has a thickness of between 50% and 100% of the focal length of the microlens.

Selon un premier mode de réalisation, la cellule photovoltaïque comporte dans chaque cavité une couche en matériau lll-V, la couche en matériau lll-V étant en AIGaAs.According to a first embodiment, the photovoltaic cell comprises in each cavity a layer of material III-V, the layer of material III-V being AIGaAs.

Selon un deuxième mode de réalisation, la cellule photovoltaïque comporte dans chaque cavité un empilement de couches en matériau lll-V, l’empilement comportant au moins deux couches en matériau lll-V, chaque couche en matériau lll-V formant une jonction p-n. Ce mode de réalisation permet d’avoir un meilleur rendement.According to a second embodiment, the photovoltaic cell comprises in each cavity a stack of layers of III-V material, the stack comprising at least two layers of III-V material, each layer of III-V material forming a p-n junction. This embodiment makes it possible to have a better yield.

Chaque matériau lll-V est de préférence choisi en fonction de son paramètre de bande interdite de façon à absorber le maximum de photons issus du spectre solaire et à respecter l’ajustement des courants, c’est-à-dire qu’ils sont de préférence choisis de façon à ce que chaque sous cellule mise en série délivre le même courant.Each III-V material is preferably chosen according to its forbidden band parameter so as to absorb the maximum of photons coming from the solar spectrum and to respect the adjustment of the currents, that is to say they are of preferably selected so that each sub-cell put in series delivers the same current.

Ainsi selon un mode de réalisation, l’empilement de couches en matériau lll-V comporte : - une couche en GaAs ; - une couche en InGaP.Thus, according to one embodiment, the stack of layers of III-V material comprises: a GaAs layer; an InGaP layer.

Avantageusement, la cellule photovoltaïque comporte, dans chaque cavité, entre l’empilement de couches en matériau lll-V et le substrat, une couche en germanium qui permet de réduire les défauts dans les couches en matériau lll-V et de mieux maîtriser la croissance des différentes couches.Advantageously, the photovoltaic cell comprises, in each cavity, between the stack of layers of III-V material and the substrate, a germanium layer which makes it possible to reduce the defects in the III-V material layers and to better control growth. different layers.

Avantageusement, le substrat en silicium forme une jonction p-n. On obtient ainsi une cellule multi-jonctions, ce qui permet d’avoir un meilleur rendement.Advantageously, the silicon substrate forms a p-n junction. This results in a multi-junction cell, which allows for better performance.

Avantageusement, la cellule photovoltaïque comporte en outre une jonction tunnel dans chaque cavité, ce qui permet de favoriser le passage des électrons entre la ou les jonction(s) p-n contenues dans chaque cavité et la jonction p-n formée par le substrat en silicium.Advantageously, the photovoltaic cell further comprises a tunnel junction in each cavity, which makes it possible to promote the passage of electrons between the junction (s) p-n contained in each cavity and the junction p-n formed by the silicon substrate.

Avantageusement, la couche barrière est une couche d’oxyde de silicium ou une couche de nitrure de silicium.Advantageously, the barrier layer is a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.

Un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque comportant les étapes suivantes : - (a) dépôt d’une couche dite « barrière » en matériau diélectrique transparent sur un substrat en silicium, - (b) réalisation d’au moins une cavité dans la couche barrière, la cavité traversant la couche barrière ; - (c) dépôt dans la cavité d’au moins une couche en matériau lll-V formant une jonction P-n; - (d) dépôt sur la couche barrière d’une couche dite « intercalaire » en matériau diélectrique transparent; - (e) formation d’une couche de microlentilles sur la couche intercalaire, la couche de microlentilles comportant au moins une microlentille, la microlentille étant configurée de façon à présenter un point focal situé dans la cavité.A second aspect of the invention relates to a method of manufacturing a photovoltaic cell comprising the following steps: - (a) depositing a so-called "barrier" layer of transparent dielectric material on a silicon substrate, - (b) embodiment at least one cavity in the barrier layer, the cavity passing through the barrier layer; (c) depositing in the cavity at least one layer of III-V material forming a P-n junction; - (d) depositing on the barrier layer of a so-called "interlayer" layer of transparent dielectric material; - (e) forming a microlens layer on the interlayer, the microlens layer having at least one microlens, the microlens being configured to have a focal point in the cavity.

Le procédé peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.The process may also have one or more of the following features taken independently or in any technically possible combination.

Avantageusement, le procédé comporte en outre, entre les étapes (b) et (c), une étape de dépôt d’une couche de germanium.Advantageously, the method further comprises, between steps (b) and (c), a step of depositing a germanium layer.

Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape de dépôt d’une seconde couche en matériau lll-V formant une jonction p-n dans la cavité.Advantageously, the method further comprises a step of depositing a second layer of III-V material forming a p-n junction in the cavity.

Avantageusement, l’étape (e) de formation de la couche de microlentilles comporte les sous-étapes suivantes : - dépôt d’une couche de résine sur la couche intercalaire ; - réalisation d’au moins quatre tranchées dans la couche de résine; - traitement thermique de façon à faire fluer une partie de la couche de résine délimitée par les quatre tranchées.Advantageously, the step (e) for forming the microlens layer comprises the following sub-steps: depositing a layer of resin on the intermediate layer; - Making at least four trenches in the resin layer; heat treatment so as to flow a portion of the resin layer defined by the four trenches.

BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui représentent : - La figure 1, une représentation schématique en coupe d’une cellule photovoltaïque selon un mode de réalisation de l’invention ; - La figure 2, une représentation schématique en vue de dessus de la cellule photovoltaïque de la figure 1 ;BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will emerge on reading the detailed description which follows, with reference to the appended figures, which represent: FIG. 1, a schematic representation in section of a photovoltaic cell according to an embodiment of the invention; - Figure 2, a schematic representation in top view of the photovoltaic cell of Figure 1;

La figure 3, une représentation électrique schématique de la cellule photovoltaïque de la figure 1 ;Figure 3 is a schematic electrical representation of the photovoltaic cell of Figure 1;

La figure 4, une représentation schématique en coupe d’une cellule photovoltaïque selon un autre mode de réalisation de l’invention ; - Les figures 5a à 5i, une représentation schématique des étapes d’un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque selon un mode de réalisation de l’invention.FIG. 4 is a diagrammatic representation in section of a photovoltaic cell according to another embodiment of the invention; - Figures 5a to 5i, a schematic representation of the steps of a method of manufacturing a photovoltaic cell according to one embodiment of the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATIONDETAILED DESCRIPTION OF AT LEAST ONE EMBODIMENT

Une cellule photovoltaïque selon un mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrite en référence aux figures 1 à 3.A photovoltaic cell according to an embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 3.

Cette cellule photovoltaïque comporte un substrat 1 en silicium. Le substrat présente de préférence une durée de vie des porteurs minoritaires de l’ordre de la milliseconde. Le substrat présente une épaisseur comprise entre 10 et 500 pm. Dans ce mode de réalisation le substrat présente une épaisseur de 200 pm. Ce substrat en silicium forme de préférence une jonction p-n 27. Cette jonction p-n est appelée « jonction de base » 27 dans la suite. Pour ce faire, le substrat en silicium 1 comporte de préférence une zone dopée p 2 et une zone dopée n 3. La jonction de base 27 est de préférence de type homo-jonction.This photovoltaic cell comprises a silicon substrate 1. The substrate preferably has a lifetime of minority carriers of the order of one millisecond. The substrate has a thickness of between 10 and 500 μm. In this embodiment the substrate has a thickness of 200 μm. This silicon substrate preferably forms a p-n junction 27. This p-n junction is called "base junction" 27 in the following. To do this, the silicon substrate 1 preferably comprises a p-doped zone 2 and an n-doped zone 3. The base junction 27 is preferably homo-junction type.

La cellule photovoltaïque comporte également une couche dite « couche barrière >> 4. Cette couche barrière 4 est déposée sur la jonction de base 27. La couche barrière 4 est de préférence réalisée dans un matériau diélectrique transparent non cristallin. Ce matériau peut par exemple être un oxyde, par exemple du Si02 ou du SiN. La couche barrière 4 présente de préférence une épaisseur e4 comprise entre 0 .5 pm et 30 pm, et de manière plus préférentielle entre 2 pm et 5 pm. L’épaisseur de la couche barrière 4 est choisie de façon à être suffisamment importante pour bloquer les dislocations d’un matériau lll-V déposé dans ses cavités.The photovoltaic cell also comprises a so-called "barrier layer" layer 4. This barrier layer 4 is deposited on the base junction 27. The barrier layer 4 is preferably made of a non-crystalline transparent dielectric material. This material may for example be an oxide, for example SiO 2 or SiN. The barrier layer 4 preferably has a thickness e4 of between 0.5 μm and 30 μm, and more preferably between 2 μm and 5 μm. The thickness of the barrier layer 4 is chosen to be large enough to block the dislocations of a material III-V deposited in its cavities.

La couche barrière 4 est traversée par au moins une cavité 5, et de préférence par plusieurs cavités 5. Chaque cavité 5 traverse la couche barrière 4 de part en part. Chaque cavité s’étend de préférence suivant une direction perpendiculaire à la surface du substrat 1. Chaque cavité présente de préférence une largeur l5 comprise entre 0.5 pm et 5 pm, et de manière plus préférentielle entre 1 pm et 3 pm de façon à bloquer les dislocations latéralement.The barrier layer 4 is traversed by at least one cavity 5, and preferably by several cavities 5. Each cavity 5 passes through the barrier layer 4 from one side to the other. Each cavity preferably extends in a direction perpendicular to the surface of the substrate 1. Each cavity preferably has a width of between 0.5 μm and 5 μm, and more preferably between 1 μm and 3 μm, so as to block dislocations laterally.

La cellule photovoltaïque comporte également dans chaque cavité au moins une jonction p-n 6 formée par un matériau lll-V.The photovoltaic cell also comprises in each cavity at least one p-n junction 6 formed by a III-V material.

Dans le mode de réalisation de la figure 1, chaque cavité est remplie par une couche en matériau lll-V 20. Le matériau lll-V utilisé dans ce mode de réalisation est de préférence de l’AIGaAs. La couche en matériau lll-V 20 comporte une partie inférieure 7 dans laquelle sont concentrées les dislocations. En effet, grâce à la présence de la couche barrière 4, la densité de dislocations dans la couche en matériau lll-V 20 est réduite, et en outre, ces dislocations sont uniquement localisées dans la partie inférieure 7 de la couche en matériau lll-V 20. Ainsi, la couche en matériau lll-V 20 comporte également une partie supérieure 6 qui présente une densité de dislocations très faible, c’est-à-dire inférieure à 105cm 2 La partie supérieure 6 comporte une zone de matériau lll-V dopée p 17 et une zone de matériau lll-V dopée n+ 18. La cavité est de préférence suffisamment profonde pour que la partie supérieure 6 absorbe l’essentiel de la lumière dans sa gamme d’absorption et, étant donné qu’elle présente une faible densité de dislocations, les porteurs photogénérés ne recombinent pas.In the embodiment of FIG. 1, each cavity is filled with a layer of material III-V. The material III-V used in this embodiment is preferably AIGaAs. The layer of material III-V has a lower portion 7 in which the dislocations are concentrated. Indeed, thanks to the presence of the barrier layer 4, the density of dislocations in the layer of material III-V 20 is reduced, and furthermore, these dislocations are only located in the lower part 7 of the layer of material III. Thus, the layer of material III-V also has an upper portion 6 which has a very low dislocation density, that is to say less than 105 cm 2. The upper part 6 comprises a zone of material III. P-doped V 17 and a n + 18 doped lll-V material zone. The cavity is preferably sufficiently deep so that the upper part 6 absorbs most of the light in its absorption range and, since it has a low density of dislocations, the photogenerated carriers do not recombine.

La cellule photovoltaïque comporte également de préférence une jonction tunnel 8. La jonction tunnel permet de favoriser le transport des électrons de la jonction p-n 6 vers la jonction de base 27. Dans ce mode de réalisation, la jonction tunnel 8 a été représentée entre les parties inférieure 7 et supérieure 6 de la couche en matériau lll-V 20. Toutefois, la jonction tunnel pourrait également être située à un autre endroit, par exemple entre la partie inférieure 7 de la couche en matériau lll-V et la jonction de base 27.The photovoltaic cell also preferably comprises a tunnel junction 8. The tunnel junction makes it possible to promote the transport of the electrons from the pn junction 6 to the base junction 27. In this embodiment, the tunnel junction 8 has been represented between the parts lower 7 and upper 6 of the layer of material III-V 20. However, the tunnel junction could also be located at another place, for example between the lower portion 7 of the layer of material III-V and the base junction 27 .

La cellule photovoltaïque comporte également une couche de microlentilles 10. Cette couche de microlentilles 10 comporte plusieurs microlentilles 11 solidaires les unes des autres. Chaque microlentille 11 présente de préférence une forme hémisphérique. La couche de microlentilles 10 est de préférence réalisée en résine, de manière plus générale dans un matériau transparent dans la gamme de longueur d’onde d’intérêt et que l’on peut mettre en forme par des micro-moulages et/ou par des traitements thermiques associés à des définitions de tranchées Chaque microlentille 11 est positionnée au-dessus d’une cavité 5, afin de concentrer la lumière dans cette cavité 5. La couche de microlentilles 10 comporte donc autant de microlentilles 11 que la couche barrière 4 comporte de cavités 5. Chaque microlentille 11 est configurée de façon à focaliser la lumière reçue dans la cavité 5 qui se trouve en dessous d’elle. Plus précisément, chaque microlentille 11 présente de préférence un point focal situé dans la cavité qui se trouve en dessous de cette microlentille. Chaque microlentille 11 présente de préférence une distance focale comprise entre 2 et 5 pm Chaque microlentille 11 présente de préférence un diamètre du compris entre 5 et 20pm.The photovoltaic cell also comprises a microlens layer 10. This microlens layer 10 comprises several microlenses 11 integral with each other. Each microlens 11 preferably has a hemispherical shape. The microlens layer 10 is preferably made of resin, more generally in a material transparent in the wavelength range of interest and which can be shaped by micro-moldings and / or by heat treatments associated with trench definitions Each microlens 11 is positioned above a cavity 5, in order to concentrate the light in this cavity 5. The microlens layer 10 therefore comprises as many microlenses 11 as the barrier layer 4 comprises cavities 5. Each microlens 11 is configured to focus the received light in the cavity 5 which is below it. More specifically, each microlens 11 preferably has a focal point located in the cavity which is below this microlens. Each microlens 11 preferably has a focal length of between 2 and 5 μm. Each microlens 11 preferably has a diameter of between 5 and 20 μm.

La cellule photovoltaïque comporte également une couche intercalaire 9 disposée entre la couche de microlentilles 10 et la couche barrière 4. Plus précisément, la couche intercalaire 9 est déposée sur la couche barrière 4 et la couche de microlentilles 10 est déposée sur la couche intercalaire 9. La couche intercalaire 9 est réalisée dans un matériau diélectrique transparent. Ce matériau diélectrique transparent peut être un oxyde comme par exemple du Si02, du SiN, une résine, il peut être également du « spin-on-glass », c’est-à-dire des billes de silices dissoutes dans un solvant que l’on dépose par centrifugation. La couche intercalaire 9 permet d’ajuster la distance entre la couche de microlentilles 10 et la couche en matériau III V contenue dans chaque cavité 5 de la couche barrière 4. En effet, l’épaisseur e9 de la couche intercalaire 9 est choisie en fonction de la position voulue pour le point focal de chaque microlentille.The photovoltaic cell also comprises an intermediate layer 9 disposed between the microlens layer 10 and the barrier layer 4. More specifically, the intermediate layer 9 is deposited on the barrier layer 4 and the microlens layer 10 is deposited on the intermediate layer 9. The intermediate layer 9 is made of a transparent dielectric material. This transparent dielectric material may be an oxide such as SiO 2, SiN, a resin, it may also be "spin-on-glass", that is to say beads of silicas dissolved in a solvent that it is deposited by centrifugation. The intermediate layer 9 makes it possible to adjust the distance between the microlens layer 10 and the layer III V material contained in each cavity 5 of the barrier layer 4. In fact, the thickness e9 of the intermediate layer 9 is chosen according to the desired position for the focal point of each microlens.

La cellule photovoltaïque comporte également des contacts métalliques avant 12 qui permettent de relier entre elles les jonctions p-n 6 se trouvant dans des cavités 5 adjacentes. Les jonctions p-n 6 se trouvant dans des cavités adjacentes peuvent ainsi être reliées en parallèle. Chaque contact métallique avant 12 entoure de préférence une des jonctions p-n 6 en contactant à la fois une partie de la surface supérieure 13 de la couche barrière 4 et une partie de la surface supérieure 20 de la jonction p-n 6. Les contacts métalliques avant 12 sont reliés entre eux par une ligne métallique 19. Les lignes métalliques 19 sont ensuite reliées entre elles par des lignes additionnelles afin de former une électrode supérieure.The photovoltaic cell also comprises front metal contacts 12 which make it possible to interconnect the p-n junctions 6 in adjacent cavities. The p-n junctions 6 in adjacent cavities can thus be connected in parallel. Each front metal contact 12 preferably surrounds one of the pn junctions 6 by contacting both a portion of the upper surface 13 of the barrier layer 4 and a portion of the upper surface 20 of the pn junction 6. The front metal contacts 12 are interconnected by a metal line 19. The metal lines 19 are then interconnected by additional lines to form an upper electrode.

La cellule photovoltaïque comporte également au moins un contact métallique arrière 14. Ce contact métallique arrière 14 est de préférence formé par une couche métallique 15 déposée sur une surface inférieure 16 du substrat 1.The photovoltaic cell also comprises at least one rear metal contact 14. This rear metal contact 14 is preferably formed by a metal layer 15 deposited on a lower surface 16 of the substrate 1.

On obtient ainsi une cellule photovoltaïque dont le schéma électrique est représenté sur la figure 3. Les jonctions p-n 6 qui sont situées dans des cavités adjacentes sont connectées en parallèle entre elles, puis en série avec la jonction de base 27. Les jonctions p-n 6 en matériau lll-V étant reliées en série à la jonction de base 27, il convient d’ajuster l’énergie de bande interdite du matériau lll-V 20 utilisé ainsi que l’épaisseur de la zone dopée p 17 de chaque jonction p-n 6 afin que chacune des jonctions p-n 6 et la jonction de base 27 produisent le même courant. Cette technique d’ajustement des courants est connue de l’art antérieur sous le nom de « current matching ».A photovoltaic cell is thus obtained whose electrical diagram is shown in FIG. 3. The pn junctions 6 which are located in adjacent cavities are connected in parallel with each other and then in series with the base junction 27. The pn junctions 6 When the material III-V is connected in series with the base junction 27, it is necessary to adjust the forbidden band energy of the material III-V used as well as the thickness of the p-doped zone 17 of each pn junction 6 in order to each of the pn junctions 6 and the base junction 27 produce the same current. This technique of adjusting currents is known from the prior art under the name of "current matching".

La figure 4 représente une cellule photo voltaïque selon un mode de réalisation de l’invention. Dans ce mode de réalisation, la cellule photovoltaïque comporte dans chaque cavité 5 une couche de base en germanium 21. Sur cette couche de base en germanium, est déposée au moins une première couche en matériau lll-V 20a. Dans ce mode de réalisation, une deuxième couche en matériau lll-V 20b est déposée sur la première couche en matériau III-V 20a. Le dépôt de cette couche de base en germanium 21 au fond de la cavité est particulièrement avantageux car la croissance des couches de germanium en cavité est particulièrement bien maîtrisée. En outre, la croissance des couches en matériau lll-V 20a, 20b a ensuite lieu sur du germanium au lieu d’avoir lieu sur du silicium, ce qui limite la densité de dislocations dans les couches en matériau lll-V 20a, 20b. C’est particulièrement vrai lorsque la première couche en matériau lll-V 20a est en GaAs et que la deuxième couche en matériau lll-V 20b est en InGaP puisque ces matériaux présentent le même paramètre de maille que la couche de base en germanium 21. Ainsi, aucune dislocation additionnelle n’est introduite dans les couches en matériau lll-V 20a, 20b. Un autre avantage réside dans le fait que la croissance des couches de InGaP et de GaAs sur du germanium est très bien maîtrisée et peut être réalisée à l’échelle industrielle.FIG. 4 represents a photo voltaic cell according to one embodiment of the invention. In this embodiment, the photovoltaic cell comprises in each cavity 5 a germanium base layer 21. On this germanium base layer is deposited at least a first layer of material III-V 20a. In this embodiment, a second layer of material III-V 20b is deposited on the first layer of III-V material 20a. The deposition of this germanium base layer 21 at the bottom of the cavity is particularly advantageous because the growth of the germanium layers in the cavity is particularly well controlled. In addition, the growth of the layers of material III-V 20a, 20b then takes place on germanium instead of taking place on silicon, which limits the density of dislocations in the layers of material III-V 20a, 20b. This is particularly true when the first layer of material III-V 20a is made of GaAs and the second layer of material III-V 20b is InGaP since these materials have the same mesh parameter as the base layer of germanium 21. Thus, no additional dislocation is introduced into the layers of material III-V 20a, 20b. Another advantage lies in the fact that the growth of InGaP and GaAs layers on germanium is very well controlled and can be carried out on an industrial scale.

Afin d’améliorer la conduction des porteurs à l’intérieur de chaque cellule photovoltaïque, dans ce mode de réalisation, chaque cellule photovoltaïque comporte de préférence : - une première jonction tunnel entre la première couche en matériau lll-V 20a et la deuxième couche 20b en matériau lll-V ; une deuxième jonction tunnel entre la première couche en matériau lll-V 20a et la couche de base 21.In order to improve the conduction of the carriers inside each photovoltaic cell, in this embodiment, each photovoltaic cell preferably comprises: a first tunnel junction between the first layer of material III-V 20a and the second layer 20b in lll-V material; a second tunnel junction between the first layer of material III-V 20a and the base layer 21.

Dans ce cas le silicium sert uniquement de support et n’est pas actif contrairement au cas décrit en référence à la figure 1.In this case, the silicon only serves as a support and is not active, unlike the case described with reference to FIG.

Un procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque selon un mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 5a à 5i.A method for producing a photovoltaic cell according to an embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 5a to 5i.

Le procédé comporte tout d’abord une étape 101 de formation d’une jonction p-n à partir d’un substrat 1 en silicium légèrement dopé n. Cette jonction p-n en silicium est appelée jonction de base 27. L’étape 101 de formation de la jonction de base comporte de préférence les sous-étapes suivantes : - Dépôt d’une première barrière à la diffusion 24 sur la face avant 23 du substrat 1.The method firstly comprises a step 101 for forming a p-n junction from a n-doped silicon substrate 1. This pn junction silicon is called base junction 27. The step 101 of formation of the base junction preferably comprises the following substeps: - Deposition of a first diffusion barrier 24 on the front face 23 of the substrate 1.

Cette première barrière à la diffusion 24 peut par exemple être une bicouche comportant une couche de Si02 de 100 nm et une couche de SiN de 50 nm. - Diffusion d’un dopant de type p. Ce dopant peut être par exemple du BCI3 ; - Recuit ; - Retrait de la première barrière à la diffusion. Cette étape de retrait peut être effectuée par gravure humide, par exemple à l’acide fluorhydrique (HF) ; - Dépôt sur une face arrière 25 du substrat d’une deuxième barrière à la diffusion 26.This first diffusion barrier 24 may for example be a bilayer comprising a 100 nm SiO 2 layer and a 50 nm SiN layer. - Diffusion of a p-type dopant. This dopant may for example be BCI3; - Annealing; - Removal of the first barrier to diffusion. This removal step may be carried out by wet etching, for example with hydrofluoric acid (HF); Deposition on a rear face of the substrate of a second diffusion barrier

Cette deuxième barrière à la diffusion peut par exemple être une bicouche comportant une couche de Si02 de 100 nm et une couche de SiN de 50 nm ; - Diffusion d’un dopant de type n. Ce dopant peut par exemple être du POCI3 ; - Recuit ; - Retrait de la deuxième barrière à la diffusion. Cette étape de retrait peut être effectuée par gravure humide, par exemple à l’acide fluorhydrique (HF) ; - Passivation par oxydation.This second diffusion barrier may for example be a bilayer comprising a 100 nm SiO 2 layer and a 50 nm SiN layer; - Diffusion of an n-type dopant. This dopant may for example be POCI3; - Annealing; - Removing the second barrier to broadcasting. This removal step may be carried out by wet etching, for example with hydrofluoric acid (HF); - Passivation by oxidation.

Le procédé comporte ensuite une étape 102 de dépôt d’une couche 4 dite « couche barrière », d’un matériau diélectrique transparent non cristallin sur une surface supérieure 28 de la jonction de base 27. Lorsque cette couche barrière 4 est en Si02, elle peut par exemple être déposée par dépôt chimique en phase vapeur.The method then comprises a step 102 of depositing a layer 4 called "barrier layer", a non-crystalline transparent dielectric material on an upper surface 28 of the base junction 27. When this barrier layer 4 is Si02, it can for example be deposited by chemical vapor deposition.

Le procédé comporte ensuite une étape 103 de formation de cavités 5 dans la couche barrière 4. Cette étape 103 de formation de cavités est de préférence effectuée par lithographie et gravure sèche puis humide ou alors seulement par gravure sèche. Cette étape de gravure sèche est avantageuse car elle est anisotrope. Ensuite, la couche barrière est gravée par gravure humides de façon à former des cavités 5 traversantes. Cette étape de gravure est isotrope, mais elle permet de ne pas détériorer les propriétés cristallines de la jonction de base 27.The method then comprises a step 103 for forming cavities 5 in the barrier layer 4. This cavity-forming step 103 is preferably carried out by lithography and dry etching then wet or only by dry etching. This dry etching step is advantageous because it is anisotropic. Then, the barrier layer is etched by wet etching so as to form through cavities. This etching step is isotropic, but it does not damage the crystalline properties of the base junction 27.

Le procédé comporte ensuite une étape 104 de dépôt d’une couche de matériau lll-V 20 dans les cavités 5. La croissance du matériau lll-V 20 dans les cavités 5 est réalisée par épitaxie, par exemple dans un équipement de MOCVD (d’après le terme anglais MetalOrganic Chemival Vapor Déposition) permettant de faire de l’épitaxie en phase vapeur. On pourra pour ce faire utiliser des précurseurs organométalliques, typiquement du tributylarsenic et du trimethylgalium. On pourrait également utiliser du triethylarsenic, ou des composés hydrures type arsine et phosphine. Les précurseurs sont dilués dans de l’hydrogène. Après un nettoyage de la surface supérieure 28 de la jonction de base 27, par exemple dans des bains chimiques, avec une finition, on pourra procéder à un recuit sous hydrogène à une température comprise entre 600 et 1000°C. Puis, on réalisera une première couche de nucléation de matériau lll-V, de préférence à basse température Tn, c’est-à-dire à une température comprise entre 150°C et 450°C et àune pression Pn élevée, c’est-à-dire à une pression comprise entre 80 Torr et 720 Torr. La première couche de nucléation présente de préférence une épaisseur comprise entre 5 nm et 150 nm. On réalise ensuite une couche de croissance à plus haute température, c’est-à-dire à une température comprise entre 450 °C et 750 °C, et à pression plus faible, c’est-àdire à une pression comprise entre 5 Torr et 80 Torr. Lors de l’étape de réalisation de la couche de nucléation comme lors de l’étape de croissance, on envoie de préférence dans le réacteur de croissance un mélange des précurseurs de l’arsenic et du gallium. La pression partielle du précurseur de l’arsenic est supérieure à celle du gallium. On pourra effectuer en fin de croissance un ou plusieurs cycles thermique(s) à des températures comprises entre 500°C et 950°C afin de diminuer la densité de dislocations émergentes dans les couches.The method then comprises a step 104 for depositing a layer of material III-V in the cavities 5. The growth of the material III-V in the cavities 5 is carried out by epitaxy, for example in a MOCVD equipment (FIG. 'after the English term MetalOrganic Chemival Vapor Deposition) to make epitaxy in the vapor phase. To this end, it will be possible to use organometallic precursors, typically tributylarsenic and trimethylgalium. It is also possible to use triethylarsenic or arsine and phosphine hydride compounds. The precursors are diluted in hydrogen. After cleaning the upper surface 28 of the base junction 27, for example in chemical baths, with a finish, it will be possible to anneal under hydrogen at a temperature between 600 and 1000 ° C. Then, a first material nucleation layer III-V, preferably at a low temperature Tn, that is to say at a temperature of between 150 ° C. and 450 ° C., and a high pressure Pn, will be produced. at a pressure of between 80 Torr and 720 Torr. The first nucleation layer preferably has a thickness of between 5 nm and 150 nm. A growth layer is then produced at a higher temperature, that is to say at a temperature of between 450 ° C. and 750 ° C., and at a lower pressure, that is to say at a pressure of between 5 Torr. and 80 Torr. During the step of producing the nucleation layer, as in the growth stage, a mixture of the arsenic and gallium precursors is preferably sent to the growth reactor. The partial pressure of the precursor of arsenic is higher than that of gallium. At the end of the growth, one or more thermal cycles can be carried out at temperatures of between 500 ° C. and 950 ° C. in order to reduce the density of emerging dislocations in the layers.

Le procédé peut ensuite comporter une étape 105 de réalisation de contact métalliques avant et de contact métallique arrière.The method may then comprise a step 105 of making metal contact before and rear metal contact.

Le procédé comporte ensuite une étape 106 de dépôt à la surface de la couche barrière 4 d’une couche intercalaire 9 en matériau diélectrique transparent. Lorsque la couche intercalaire 9 est en Si02, elle peut par exemple être déposée par dépôt chimique en phase vapeur. Lorsque la couche intercalaire est en résine, elle peut être déposée par dépôt à la tournette (ou « spin coating » en anglais).The method then comprises a step 106 of depositing on the surface of the barrier layer 4 an interlayer 9 of transparent dielectric material. When the intermediate layer 9 is SiO 2, it may for example be deposited by chemical vapor deposition. When the interlayer is resin, it can be deposited by spin coating (or "spin coating" in English).

Le procédé comporte ensuite une étape 107 de dépôt d’une couche de microlentilles 10 sur la couche barrière 9.The method then comprises a step 107 of depositing a layer of microlenses 10 on the barrier layer 9.

Pour cela, une couche de résine 30 est tout d’abord déposée sur la couche barrière 9. La couche de résine 30 peut par exemple être déposée par dépôt à la tournette. On réalise ensuite des tranchées 31 dans cette couche de résine 30. Les parties de la couche de résine entre deux tranchées 31 consécutives forment des plots 32. On fait ensuite fluer les plots 32 de résine par un traitement thermique de façon à former les microlentilles 11. En effet, lors de l’étape de traitement thermique, les plots 32 de résine minimisent leur énergie de surface, et donc leur surface. La surface de chaque plot 32 se modifie donc pour prendre une forme hémisphérique.For this, a resin layer 30 is first deposited on the barrier layer 9. The resin layer 30 may for example be deposited by spin coating. Trenches 31 are then produced in this resin layer 30. The portions of the resin layer between two consecutive trenches 31 form pads 32. The resin pads 32 are then fired by a heat treatment so as to form the microlenses 11 Indeed, during the heat treatment step, the resin pads 32 minimize their surface energy, and therefore their surface area. The surface of each stud 32 is therefore modified to take a hemispherical shape.

Naturellement l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l’invention. Ainsi, le procédé a été décrit dans le cas où une seule jonction p-n est formée dans chaque cavité. Toutefois, un procédé analogue pourrait également être mis en œuvre pour fabriquer des cellules photovoltaïques comportant plusieurs jonctions p-n dans chaque cavité. Dans ce cas, au lieu d’une étape de dépôt d’une seule couche de matériau lll-V, le procédé pourrait comporter une étape de dépôt d’un empilement de couches en matériau lll-V. Par ailleurs, préalablement à l’étape de dépôt de la ou des couches en matériau lll-V, le procédé pourrait comporter une étape de dépôt d’une couche de germanium dans chaque cavité. En outre, les cellules photovoltaïques pourraient comporter d’autres matériaux lll-V que ceux décrits.Naturally, the invention is not limited to the embodiments described with reference to the figures and variants could be envisaged without departing from the scope of the invention. Thus, the method has been described in the case where a single p-n junction is formed in each cavity. However, a similar method could also be implemented to manufacture photovoltaic cells having several p-n junctions in each cavity. In this case, instead of a step of depositing a single layer of III-V material, the method could include a step of depositing a stack of layers of III-V material. Furthermore, prior to the step of depositing the layer or layers of III-V material, the method could include a step of depositing a germanium layer in each cavity. In addition, the photovoltaic cells could comprise other III-V materials than those described.

Par ailleurs, l’invention a été décrite dans le cas de jonction pn. Toutefois, les jonctions pn pourraient également être remplacées par des jonctions np. Dans ce cas, le dopage de chaque couche sera inversé.Moreover, the invention has been described in the case of pn junction. However, pn junctions could also be replaced by np junctions. In this case, the doping of each layer will be reversed.

Claims (14)

REVENDICATIONS 1. Cellule photovoltaïque comportant : - un substrat (1) en silicium ; - une couche dite « barrière » (4) en matériau diélectrique transparent, la couche barrière (4) étant déposée sur le substrat (1), la couche barrière (4) étant traversée par au moins une cavité (5); - au moins une couche en matériau lll-V (20, 20a, 20b) formant une jonction p-n, la couche en matériau lll-V (20, 20a, 20b) étant déposée dans la cavité (5); - une couche dite « intercalaire » (9) en matériau diélectrique transparent, la couche intercalaire (9) étant déposée sur la couche barrière (4); - une couche de microlentilles (10) déposée sur la couche intercalaire (9), la couche de microlentilles (10) comportant au moins une microlentille (11), la microlentille (11) présentant un point focal situé dans la cavité (5).Photovoltaic cell comprising: - a substrate (1) of silicon; a so-called "barrier" layer (4) of transparent dielectric material, the barrier layer (4) being deposited on the substrate (1), the barrier layer (4) being traversed by at least one cavity (5); at least one layer of III-V material (20, 20a, 20b) forming a p-n junction, the III-V material layer (20, 20a, 20b) being deposited in the cavity (5); - A so-called "interlayer" layer (9) of transparent dielectric material, the intermediate layer (9) being deposited on the barrier layer (4); - A microlens layer (10) deposited on the intermediate layer (9), the microlens layer (10) comprising at least one microlens (11), the microlens (11) having a focal point located in the cavity (5). 2. Cellule photovoltaïque selon la revendication précédente, dans laquelle chaque microlentille (11) présente un diamètre (du) compris entre 0.5 pm et 50 pm, et de préférence entre 5 pm et 20 pm.2. Photovoltaic cell according to the preceding claim, wherein each microlens (11) has a diameter (of) between 0.5 pm and 50 pm, and preferably between 5 pm and 20 pm. 3. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque microlentille est configurée de façon à présenter une distance focale comprise entre 0.5 pm et 50 pm, et de préférence entre 5pm et 20pm.3. Photovoltaic cell according to one of the preceding claims, wherein each microlens is configured to have a focal length between 0.5 pm and 50 pm, and preferably between 5pm and 20pm. 4. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la couche intercalaire présente une épaisseur comprise entre 50% et 100% de la distance focale de la microlentille.4. Photovoltaic cell according to one of the preceding claims, wherein the intermediate layer has a thickness of between 50% and 100% of the focal length of the microlens. 5. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 4, comportant dans la cavité (5) une couche en matériau lll-V (20), la couche en matériau lll-V (20) étant en AIGaAs.5. Photovoltaic cell according to one of claims 1 to 4, comprising in the cavity (5) a layer of material III-V (20), the layer of material III-V (20) being AIGaAs. 6. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 4, comportant, dans la cavité (5), un empilement de couches en matériau lll-V, l’empilement comportant au moins deux couches en matériau lll-V (20a, 20b), chaque couche en matériau lll-V formant une jonction p-n.6. Photovoltaic cell according to one of claims 1 to 4, comprising, in the cavity (5), a stack of layers of material III-V, the stack comprising at least two layers of material III-V (20a, 20b ), each layer of III-V material forming a pn junction. 7. Cellule photovoltaïque selon la revendication précédente, dans laquelle l’empilement de couches en matériau lll-V comporte : - une couche en GaAs (20a) ; - une couche en InGaP (20b).7. Photovoltaic cell according to the preceding claim, wherein the stack of layers of III-V material comprises: - a GaAs layer (20a); an InGaP layer (20b). 8. Cellule photovoltaïque selon la revendication précédente, comportant, dans la cavité, entre l’empilement de couches en matériau lll-V (20a, 20b) et le substrat (1), une couche en germanium (21).8. Photovoltaic cell according to the preceding claim, comprising, in the cavity, between the stack of layers of material III-V (20a, 20b) and the substrate (1), a germanium layer (21). 9. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le substrat (1) en silicium forme une jonction p-n.9. Photovoltaic cell according to one of the preceding claims, wherein the substrate (1) made of silicon forms a p-n junction. 10. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre une jonction tunnel (20) dans la cavité (5).10. Photovoltaic cell according to one of the preceding claims, further comprising a tunnel junction (20) in the cavity (5). 11. Procédé de fabrication d’une cellule photo voltaïque comportant les étapes suivantes : - (a) dépôt d’une couche dite « barrière » (4) en matériau diélectrique transparent sur un substrat (1) en silicium, - (b) réalisation d’au moins une cavité (5) dans la couche barrière (4), la cavité (5) traversant la couche barrière (4); - (c) dépôt dans la cavité (5) d’au moins une couche en matériau lll-V (20, 20a, 20b) formant une jonction p-n; - (d) dépôt sur la couche barrière (4) d’une couche dite « intercalaire » (9) en matériau diélectrique transparent; - (e) formation d’une couche de microlentilles (10) sur la couche intercalaire (9), la couche de microlentilles (10) comportant au moins une microlentille (11), la microlentille (11) étant configurée de façon à présenter un point focal situé dans la cavité.11. A method of manufacturing a photo voltaic cell comprising the following steps: - (a) depositing a so-called "barrier" layer (4) of transparent dielectric material on a substrate (1) of silicon, - (b) embodiment at least one cavity (5) in the barrier layer (4), the cavity (5) passing through the barrier layer (4); (c) depositing in the cavity (5) at least one layer of III-V material (20, 20a, 20b) forming a p-n junction; - (d) depositing on the barrier layer (4) a so-called "interlayer" layer (9) of transparent dielectric material; - (e) forming a microlens layer (10) on the interlayer (9), the microlens layer (10) having at least one microlens (11), the microlens (11) being configured to have a microlens layer (11) focal point located in the cavity. 12. Procédé selon la revendication précédente, comportant en outre, entre les étapes (b) et (c), une étape de dépôt d’une couche de germanium (21).12. Method according to the preceding claim, further comprising, between steps (b) and (c), a step of depositing a germanium layer (21). 13. Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12, comportant en outre une étape de dépôt d’une seconde couche en matériau lll-V (20a) formant une jonction p-n dans la cavité (5).13. Method according to one of claims 11 or 12, further comprising a step of depositing a second layer of material III-V (20a) forming a p-n junction in the cavity (5). 14. Procédé selon l’une des revendications 11 à 13, dans lequel l’étape (e) de formation de la couche de microlentilles (10) comporte les sous-étapes suivantes : - dépôt d’une couche de résine (30) sur la couche intercalaire (9); - réalisation d’au moins quatre tranchées (31 ) dans la couche de résine (30); - traitement thermique de façon à faire fluer une partie (32) de la couche de résine délimitée par les quatre tranchées (31).14. Method according to one of claims 11 to 13, wherein the step (e) of forming the microlens layer (10) comprises the following sub-steps: - depositing a layer of resin (30) on the interlayer (9); - producing at least four trenches (31) in the resin layer (30); heat treatment so as to flow a portion (32) of the resin layer delimited by the four trenches (31).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070217019A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Wen-Kuei Huang Optical components array device, microlens array and process of fabricating thereof
US20080257409A1 (en) * 2007-04-09 2008-10-23 Amberwave Systems Corporation Photovoltaics on silicon
US20090065047A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Amberwave Systems Corporation Multi-Junction Solar Cells
US20150115320A1 (en) * 2006-03-24 2015-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Lattice-Mismatched Semiconductor Structures and Related Methods for Device Fabrication

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070217019A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Wen-Kuei Huang Optical components array device, microlens array and process of fabricating thereof
US20150115320A1 (en) * 2006-03-24 2015-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Lattice-Mismatched Semiconductor Structures and Related Methods for Device Fabrication
US20080257409A1 (en) * 2007-04-09 2008-10-23 Amberwave Systems Corporation Photovoltaics on silicon
US20090065047A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Amberwave Systems Corporation Multi-Junction Solar Cells

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JONGSEUNG YOON ET AL: "Ultrathin silicon solar microcells for semitransparent, mechanically flexible and microconcentrator module designs", NATURE MATERIALS, vol. 7, no. 11, 5 October 2008 (2008-10-05), GB, pages 907 - 915, XP055276191, ISSN: 1476-1122, DOI: 10.1038/nmat2287 *

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