FR3042644A1 - Cellule photovoltaique avec diode de derivation - Google Patents
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Abstract
Cette cellule photovoltaïque comporte un substrat (1) dopé d'un premier type de conductivité, le substrat (1) comprenant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées, et quatre surfaces latérales (12) ; des première et seconde zones semi-conductrices (100, 110), respectivement dopées du premier et d'un second type de conductivité, et destinées à être en contact avec une électrode (E) ; une diode de dérivation comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) respectivement dopées du premier et du second type de conductivité ; la cellule photovoltaïque étant remarquable en ce que les première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semiconductrices (110, 100) ; et en ce que la seconde région semi-conductrice (3) de la diode de dérivation est en contact direct avec les quatre surfaces latérales (12) du substrat (1).
Description
CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE AVEC DIODE DE DERIVATION
Domaine technique
La présente invention a trait à une cellule photovoltaïque, ainsi qu’à un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque. Plus précisément, la cellule photovoltaïque comporte une diode de dérivation (également appelée diode antiparallèle, et « bypass diode » en langue anglaise) permettant de la protéger en cas de polarisation inverse. Une polarisation inverse de la cellule photovoltaïque peut avoir lieu en cas d’ombrage, et est susceptible d’occasionner un fort courant inverse pouvant détériorer localement la cellule photovoltaïque de manière irréversible (phénomène appelé « hot spot » en langue anglaise).
Etat de la technique antérieure
Il est connu de l’état de la technique de disposer des diodes de dérivation en parallèle au sein d’un ensemble de cellules photovoltaïques connectées en série. Classiquement, on dispose une diode de dérivation en parallèle pour 9 cellules connectées en série. En cas d’ombrage d’une cellule photovoltaïque parmi l’ensemble, une forte perte de puissance est observée.
Pour pallier ce problème, il est connu de l’état de la technique, notamment du document US 2014/102531 (ci-après D1), d’intégrer de manière monolithique une diode de dérivation à chaque cellule photovoltaïque. D1 divulgue une cellule photovoltaïque, comportant : - un substrat d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat comprenant des première et seconde surfaces opposées, et quatre surfaces latérales opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces ; - des première et seconde zones semi-conductrices, respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces du substrat, chacune des première et seconde zones semi-conductrices étant destinée à être en contact avec une électrode ; - une diode de dérivation électriquement isolée du substrat, et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices.
Dans D1, la diode de dérivation est électriquement isolée du substrat par l'intermédiaire d’une tranchée.
Une telle cellule photovoltaïque de D1 n’est pas entièrement satisfaisante car les contacts électriques doivent être doublés. En effet, il est nécessaire de prévoir des contacts électriques à la fois pour les première et deuxième zones semi-conductrices et pour les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation.
Exposé de l’invention
Ainsi, la présente invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités, et concerne à cet effet une cellule photovoltaïque, comportant : - un substrat d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat comprenant des première et seconde surfaces opposées, et quatre surfaces latérales opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces ; - des première et seconde zones semi-conductrices, respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces du substrat, chacune des première et seconde zones semi-conductrices étant destinée à être en contact avec une électrode ; - une diode de dérivation électriquement isolée du substrat, et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices ; la cellule photovoltaïque étant remarquable en ce que les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices ; et en ce que la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation est en contact direct avec les quatre surfaces latérales du substrat.
Ainsi, une telle cellule photovoltaïque selon l’invention permet de s’affranchir de contacts électriques dédiés à la cellule photovoltaïque et à la diode de dérivation car les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices. La diode de dérivation est une jonction p-n comportant une région semi-conductrice en contact direct avec les quatre surfaces latérales du substrat, ce qui autorise le passage du courant inverse via ces surfaces latérales du substrat en cas d’ombrage de la cellule photovoltaïque. La première région de la diode de dérivation est située à distance (c'est-à-dire sans contact direct) de la première zone semi-conductrice. La seconde région de la diode de dérivation est située à distance (c'est-à-dire sans contact direct) de la seconde zone semi-conductrice.
Avantageusement, la cellule photovoltaïque comporte une zone isolante, réalisée dans un matériau semi-conducteur compensé, agencée pour isoler électriquement la diode de dérivation et le substrat.
Préférentiellement, le matériau semi-conducteur compensé est obtenu à partir de la seconde zone semi-conductrice.
Ainsi, il est possible de former aisément la zone isolante à partir de la seconde zone semi-conductrice.
Avantageusement, la zone isolante s’étend entre la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice.
Avantageusement, la zone isolante s’étend sous la seconde surface du substrat.
Avantageusement, la zone isolante s’étend en périphérie de la seconde surface du substrat.
Ainsi, une telle zone isolante est disposée au voisinage de la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation, ce qui permet de faciliter l’isolation électrique entre la seconde région semi-conductrice et la seconde zone semi-conductrice.
Avantageusement, la première région semi-conductrice de la diode de dérivation s’étend sur la zone isolante.
Avantageusement, la zone isolante présente une concentration de porteurs libres inférieure à 1014 at.cm'3.
Ainsi, il est possible de former la zone isolante à partir du matériau semi-conducteur compensé de la seconde zone semi-conductrice.
Selon une forme d'exécution, chacune des première ou seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation comporte : - des atomes de phosphore ou d’arsenic lorsque leur type de conductivité est le type n ; - des atomes de bore ou d’aluminium lorsque leur type de conductivité est le type P-
Selon une forme d'exécution, chacune des première ou seconde zones semi-conductrices comporte : - des atomes de phosphore ou d’arsenic lorsque leur type de conductivité est le type n ; - des atomes de bore ou d’aluminium lorsque leur type de conductivité est le type P·
Avantageusement, le matériau semi-conducteur du substrat est à base de silicium cristallin.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque conforme à l’invention, comportant les étapes : a) prévoir : - un substrat d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat comprenant des première et seconde surfaces opposées, et quatre surfaces latérales opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces ; - des première et seconde zones semi-conductrices, respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces du substrat, chacune des première et seconde zones semi-conductrices étant destinée à être en contact avec une électrode ; b) former une diode de dérivation électriquement isolée du substrat, et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices ; le procédé étant remarquable en ce que l’étape b) est exécutée de sorte que les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices, et de sorte que la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation est en contact direct avec les surfaces latérales du substrat.
Ainsi, un tel procédé selon l’invention permet de s’affranchir de contacts électriques dédiés à la cellule photovoltaïque et à la diode de dérivation car les première et seconde régions semi-conductrices de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices. La diode de dérivation est une jonction p-n comportant une région semi-conductrice en contact direct avec les quatre surfaces latérales du substrat, ce qui autorise le passage du courant inverse via ces surfaces latérales du substrat en cas d’ombrage de la cellule photovoltaïque.
Avantageusement, l’étape a) comporte les étapes : a1) prévoir le substrat du matériau semi-conducteur dopé du premier type de conductivité, le substrat comprenant les première et seconde surfaces opposées, et les quatre surfaces latérales opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces ; a2) former une couche diélectrique à la seconde surface et aux surfaces latérales, la couche diélectrique comportant des dopants du second type de conductivité ; a3) diffuser les dopants du second type de conductivité depuis la couche diélectrique jusqu’à la seconde surface et jusqu’aux quatre surfaces latérales de manière à former respectivement la seconde zone semi-conductrice et la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation.
Ainsi, les étapes a2) et a3) permettent de former concomitamment la seconde zone semi-conductrice et la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation de manière à limiter le temps d’opération du procédé.
Avantageusement, l’étape a) comporte une étape a4) consistant à incorporer les dopants du premier type de conductivité, de préférence en phase gazeuse, jusqu’à la première surface du substrat de manière à former la première zone semi-conductrice.
Avantageusement, l’étape b) comporte une étape b1) consistant à éliminer au moins une partie de la couche diélectrique formée lors de l’étape a2).
Selon un mode de mise en oeuvre, l’étape b1) est exécutée de manière à exposer une partie, de préférence périphérique, de la seconde surface du substrat ; et l’étape b) comporte une étape b2) consistant à incorporer les dopants du premier type de conductivité, de préférence en phase gazeuse, jusqu’à la partie de la seconde surface du substrat exposée après l’étape b1) ; les étapes b2) et a4) étant de préférence concomitantes.
Avantageusement, l’étape b2) est exécutée de manière à former : - une zone isolante s’étendant entre la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice ; - la première région semi-conductrice de la diode de dérivation s’étendant sur la zone isolante.
Selon une variante de mise en oeuvre, l’étape b1) est exécutée de manière à éliminer en totalité la couche diélectrique formée lors de l’étape a2) ; et l’étape b) comporte une étape b2’) consistant à : - appliquer une solution comprenant les dopants du premier type de conductivité sur une partie, de préférence périphérique, de la seconde surface du substrat ; - irradier la partie de la seconde surface du substrat avec un laser. L’application de la solution et l’irradiation lors de l’étape b2’) sont avantageusement concomitantes. Pour ce faire, la solution est avantageusement incorporée dans le faisceau laser.
Avantageusement, l’étape b2’) est exécutée de manière à former : - une zone isolante s’étendant entre la seconde région semi-conductrice de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice ; - la première région semi-conductrice de la diode de dérivation s’étendant sur la zone isolante.
Brève description des dessins D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre de différents modes de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d’une cellule photovoltaïque selon l’invention, - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d’une cellule photovoltaïque selon l’invention, - la figure 3 est une vue schématique en coupe d’une cellule photovoltaïque selon l’invention, suivant le plan de coupe P de la figure 1, - la figure 4 est un graphique représentant en abscisses la profondeur d’implantation (en nm) et en ordonnées la concentration de dopants (at. cm'3), selon différentes fluences d’un laser (en J. cm'2, dont une référence notée REF), - les figures 5a à 5g sont des vues schématiques en coupe illustrant des étapes d’un premier procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque selon l’invention, - les figures 6a à 6f sont des vues schématiques en coupe illustrant des étapes d’un second procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque selon l’invention.
Exposé détaillé des modes de réalisation
Pour les différents modes de réalisation, les mêmes références seront utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction, par souci de simplification de la description. Les caractéristiques techniques décrites ci-après pour différents modes de réalisation sont à considérer isolément ou selon toute combinaison techniquement possible.
Une cellule photovoltaïque selon l’invention comporte : - un substrat 1 d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat 1 comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées, et quatre surfaces latérales 12 opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces 10, 11 ; - des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110, respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1, chacune des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 étant destinée à être en contact avec une électrode E ; - une diode de dérivation électriquement isolée du substrat 1, et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110.
Les première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices 110, 100. La seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation est en contact direct avec les quatre surfaces latérales 12 du substrat 1.
Le matériau semi-conducteur du substrat 1 est avantageusement à base de silicium cristallin. Le substrat 1 présente avantageusement une résistivité comprise entre 1 et 10 Q.cm. Les quatre surfaces latérales 12 du substrat 1 s’étendent suivant une direction parallèle à la normale au substrat 1. Les quatre surfaces latérales 12 du substrat 1 présentent une section transversale de forme annulaire. Par « transversale », on entend une direction perpendiculaire à la normale au substrat 1. Chaque surface latérale 12 forme un bord physique du substrat 1.
Le premier type de conductivité est le type n ou le type p. Le second type de conductivité est le type n ou le type p. Lorsque le premier type de conductivité est le type n, alors le second type de conductivité est le type p. Lorsque le premier type de conductivité est le type p, alors le second type de conductivité est le type n. En d’autres termes, les premier et second types de conductivité sont opposés.
Préférentiellement, les première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 sont espacées des surfaces latérales 12 du substrat 1 selon une distance de l’ordre de 0,2 à 1 pm suivant la direction transversale.
La première zone semi-conductrice 100 présente une concentration de dopants du premier type de conductivité, de préférence compris entre 1018 et 102° at.cm'3. La seconde zone semi-conductrice 110 présente une concentration C2 de dopants du second type de conductivité. C2 est de préférence compris entre 1018 et 1020 at.cm'3.
Chacune des première ou seconde zones semi-conductrices 100, 110 comporte avantageusement : - des atomes de phosphore ou d’arsenic lorsque leur type de conductivité est le type n ; - des atomes de bore ou d’aluminium lorsque leur type de conductivité est le type P-
La cellule photovoltaïque comporte avantageusement une zone isolante 4, réalisée dans un matériau semi-conducteur compensé, agencée pour isoler électriquement la diode de dérivation et le substrat 1. La zone isolante 4 s’étend avantageusement entre la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice 110. La zone isolante 4 s’étend avantageusement sous la seconde surface 11 du substrat 1. La zone isolante 4 s’étend avantageusement en périphérie de la seconde surface 11 du substrat 1.
Le matériau semi-conducteur compensé de la zone isolante 4 est le matériau semi-conducteur du substrat 1. La zone isolante 4 présente avantageusement une concentration de porteurs libres inférieure à 1014 at.cm'3. La zone isolante 4 présente avantageusement une résistivité supérieure à 500 Q.cm. La zone isolante 4 présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 pm. Par « épaisseur », on entend la dimension suivant la normale au substrat 1.
La première région semi-conductrice 2 de la diode de dérivation s’étend avantageusement sur la zone isolante 4. La seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation s’étend préférentiellement tout le long des surfaces latérales 12 du substrat 1. La seconde région semi-conductrice 3 s’étend préférentiellement au sein du substrat 1, en contact direct avec les surfaces latérales 12.
Chacune des première ou seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation comporte avantageusement : - des atomes de phosphore ou d’arsenic lorsque leur type de conductivité est le type n ; - des atomes de bore ou d’aluminium lorsque leur type de conductivité est le type P-
Chacune des première ou seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation présente avantageusement : - une concentration de dopants comprise entre 5.1019 et 3.1020 at.cm'3 lorsque leur type de conductivité est le type n ; - une concentration de dopants comprise entre 5.1018 et 5.1019 at.cm'3 lorsque leur type de conductivité est le type p.
La jonction entre les première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 pm.
La cellule photovoltaïque comporte avantageusement une première couche diélectrique 5 agencée pour recouvrir la diode de dérivation. La première couche diélectrique 5 est préférentiellement un oxyde de silicium. La première couche diélectrique présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 2 et 10 nm. La cellule photovoltaïque comporte avantageusement une seconde couche diélectrique 6 recouvrant la première couche diélectrique 5. La seconde couche diélectrique 6 est préférentiellement un nitrure de silicium. La seconde couche diélectrique présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 20 et 100 nm.
Chaque électrode E est avantageusement réalisée en argent et/ou en aluminium. L’électrode E en contact avec la seconde zone semi-conductrice 110 est également en contact avec la première région semi-conductrice 2 de la diode de dérivation. L’électrode E en contact avec la première zone semi-conductrice 100 est également en contact avec la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation.
Un premier procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque selon l’invention, illustré aux figures 5a à 5g, comporte les étapes : a) prévoir : - un substrat 1 d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat 1 comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées, et quatre surfaces latérales 12 opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces 10, 11 ; - des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110, respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1, chacune des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 étant destinée à être en contact avec une électrode E ; b) former une diode de dérivation électriquement isolée du substrat 1, et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110. L’étape b) est exécutée de sorte que les première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices 110, 100, et de sorte que la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation est en contact direct avec les quatre surfaces latérales 12 du substrat 1.
Avantageusement, l’étape a) comporte les étapes : a1) prévoir le substrat 1 du matériau semi-conducteur dopé du premier type de conductivité, le substrat 1 comprenant les première et seconde surfaces 10, 11 opposées, et les quatre surfaces latérales 12 opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces 10, 11 ; a2) former une couche diélectrique 8 à la seconde surface 11 et aux surfaces latérales 12, la couche diélectrique 8 comportant des dopants du second type de conductivité ; les étapes a1) et a2) étant illustrées à la figure 5a, a3) diffuser les dopants du second type de conductivité depuis la couche diélectrique 8 jusqu’à la seconde surface 11 et jusqu’aux quatre surfaces latérales 12 de manière à former respectivement la seconde zone semi-conductrice 110 et la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation, l’étape a3) étant illustrée à la figure 5b.
La couche diélectrique 8 formée lors de l’étape a2) est préférentiellement un oxyde de silicium SiOx dopé. La première surface 10 du substrat 1 est dépourvue de la couche diélectrique 8 formée lors de l’étape a2). L’étape a2) est avantageusement exécutée par un dépôt chimique en phase vapeur de la couche diélectrique 8. Lorsque la couche diélectrique 8 est un oxyde de silicium, le dépôt chimique en phase vapeur est réalisé à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4 et du protoxyde d’azote N20. Lorsque la couche diélectrique 8 comporte des atomes de phosphore ou d’arsenic, formant des dopants de type n, lesdits atomes sont avantageusement incorporés à l’oxyde de silicium par une injection de phosphine PH3 ou d’arsine AsH3 avec les gaz réactifs. Lorsque la couche diélectrique 8 comporte des atomes de bore, formant des dopants de type p, lesdits atomes sont avantageusement incorporés à l’oxyde de silicium par une injection de diborane B2H6 avec les gaz réactifs. L’étape a3) est avantageusement exécutée par un recuit thermique appliqué à l’ensemble formé par le substrat 1 et la couche diélectrique 8, préférentiellement dans un four. Le recuit thermique appliqué lors de l’étape a3) présente avantageusement : - une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 940°C, - une valeur de durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure. A titre d’exemple, lorsque la couche diélectrique 8 est un oxyde de silicium SiOx, x est de l’ordre de 0,768 avant le recuit thermique, et est de l’ordre de 1,828 après le recuit thermique.
Comme illustré à la figure 5c, l’étape b) comporte avantageusement une étape b1) consistant à éliminer au moins une partie de la couche diélectrique 8 formée lors de l’étape a2). L’étape b1 ) est exécutée de manière à exposer une partie, de préférence périphérique, de la seconde surface 11 du substrat 1. L’étape b1) est préférentiellement exécutée par une ablation laser. A titre d’exemple, le laser est un laser impulsionnel avec une durée d’impulsion de l’ordre de 15 ps ; la longueur d’onde du laser est 355 nm ou 532 nm avec une fréquence comprise entre 50 kHz et 200 kHz ; la fluence du laser est comprise entre 0,1 et 1 J.cm'2.
Comme illustré à la figure 5d, l’étape b) comporte avantageusement une étape b2) consistant à incorporer les dopants du premier type de conductivité, de préférence en phase gazeuse, jusqu’à la partie de la seconde surface 11 du substrat exposée après l’étape b1). L’étape b2) est avantageusement exécutée par un recuit thermique appliqué à l’ensemble formé par le substrat 1 et la couche diélectrique 8, préférentiellement dans un four. Le recuit thermique appliqué lors de l’étape b2) présente avantageusement : - une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 940°C, - une valeur de durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure.
Lorsque les dopants du premier type de conductivité sont des atomes de phosphore, le recuit thermique est avantageusement appliqué lors de l’étape b2) sous une atmosphère contenant du dioxygène et du POCI3. Lorsque les dopants du premier type de conductivité sont des atomes de bore, le recuit thermique est avantageusement appliqué lors de l’étape b2) sous une atmosphère contenant du dioxygène, et du BBr3 ou du BCI3. L’étape b2) est avantageusement exécutée de manière à former : - une zone isolante 4 s’étendant entre la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice 110 ; - la première région semi-conductrice 2 de la diode de dérivation s’étendant sur la zone isolante 4.
Comme illustré à la figure 5d, l’étape a) comporte avantageusement une étape a4) consistant à incorporer les dopants du premier type de conductivité, de préférence en phase gazeuse, jusqu’à la première surface 10 du substrat 1 de manière à former la première zone semi-conductrice 100. Les étapes b2) et a4) sont de préférence concomitantes.
Comme illustré à la figure 5e, le premier procédé comporte avantageusement une étape c) consistant à supprimer la couche diélectrique 8, préférentiellement par une gravure chimique, par exemple au moyen d’acide fluorhydrique, pendant une durée de 5 à 20 minutes.
Comme illustré à la figure 5f, le premier procédé comporte avantageusement les étapes : d) former une première couche diélectrique 5 agencée pour recouvrir la diode de dérivation et les première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 ; e) former une seconde couche diélectrique 6 recouvrant la première couche diélectrique.
La première couche diélectrique 5 est préférentiellement un oxyde de silicium. La première couche diélectrique 5 présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 2 et 10 nm. La seconde couche diélectrique 6 est préférentiellement un nitrure de silicium. La seconde couche diélectrique 6 présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 20 et 100 nm.
Comme illustré à la figure 5g, le premier procédé comporte avantageusement une étape f) consistant à mettre en contact chacune des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 et chacune des première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation par une électrode E. L’étape f) comporte avantageusement une étape de métallisation, de préférence exécutée par sérigraphie, suivie d’une étape de recuit préférentiellement exécutée à une température comprise entre 720°C et 850°C pendant 5 à 15 secondes dans un four à lampes infrarouges à passage sous air. Ainsi, le métal peut traverser les première et seconde couches diélectriques 5, 6 formées lors des étapes d) et e). Chaque électrode E est avantageusement réalisée en argent et/ou en aluminium.
Un second procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque selon l’invention, illustré aux figures 6a à 6f, comporte les étapes : a) prévoir : - un substrat 1 d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat 1 comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées, et quatre surfaces latérales 12 opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces 10, 11 ; - des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110, respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces 10, 11, chacune des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 étant destinée à être en contact avec une électrode E ; b) former une diode de dérivation électriquement isolée du substrat 1, et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110. L’étape b) est exécutée de sorte que les première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices 110, 100, et de sorte que la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation est en contact direct avec les quatre surfaces latérales 12 du substrat 1.
Avantageusement, l’étape a) comporte les étapes : a1) prévoir le substrat 1 du matériau semi-conducteur dopé du premier type de conductivité, le substrat 1 comprenant les première et seconde surfaces 10, 11 opposées, et les quatre surfaces latérales 12 opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces 10, 11 ; a2) former une couche diélectrique 8 à la seconde surface 11 et aux surfaces latérales 12, la couche diélectrique 8 comportant des dopants du second type de conductivité ; les étapes a1) et a2) étant illustrées à la figure 6a, a3) diffuser les dopants du second type de conductivité depuis la couche diélectrique 8 jusqu’à la seconde surface 11 et jusqu’aux quatre surfaces latérales 12 de manière à former respectivement la seconde zone semi-conductrice 110 et la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation, l’étape a3) étant illustrée à la figure 6b.
La couche diélectrique 8 formée lors de l’étape a2) est préférentiellement un oxyde de silicium SiOx dopé. La première surface 10 du substrat 1 est dépourvue de la couche diélectrique 8 formée lors de l’étape a2). L’étape a2) est avantageusement exécutée par un dépôt chimique en phase vapeur de la couche diélectrique 8. Lorsque la couche diélectrique 8 est un oxyde de silicium, le dépôt chimique en phase vapeur est réalisé à partir de gaz réactifs comportant du silane S1H4 et du protoxyde d’azote N20. Lorsque la couche diélectrique 8 comporte des atomes de phosphore ou d’arsenic, formant des dopants de type n, lesdits atomes sont avantageusement incorporés à l’oxyde de silicium par une injection de phosphine PH3 ou d’arsine AsH3 avec les gaz réactifs. Lorsque la couche diélectrique 8 comporte des atomes de bore, formant des dopants de type p, lesdits atomes sont avantageusement incorporés à l’oxyde de silicium par une injection de diborane B2H6 avec les gaz réactifs. L’étape a3) est avantageusement exécutée par un recuit thermique appliqué à l’ensemble formé par le substrat 1 et la couche diélectrique 8, préférentiellement dans un four. Le recuit thermique appliqué lors de l’étape a3) présente avantageusement : - une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 940°C, - une valeur de durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure. A titre d’exemple, lorsque la couche diélectrique 8 est un oxyde de silicium SiOx, x est de l’ordre de 0,768 avant le recuit thermique, et est de l’ordre de 1,828 après le recuit thermique.
Comme illustré à la figure 6b, l’étape a) comporte avantageusement une étape a4) consistant à incorporer les dopants du premier type de conductivité, de préférence en phase gazeuse, jusqu’à la première surface 10 du substrat 1 de manière à former la première zone semi-conductrice 100. Lorsque les dopants du premier type de conductivité comportent des atomes de phosphore formant des dopants de type n, un verre de phosphore 9, P205-Si02, est également formé à la première surface 10 du substrat 1 lors de l’étape a4).
Comme illustré à la figure 6c, l’étape b) comporte avantageusement une étape b1) consistant à éliminer en totalité la couche diélectrique 8 formée lors de l’étape a2), ainsi que le verre de phosphore 9.
Comme illustré à la figure 6d, l’étape b) comporte avantageusement une étape b2’) consistant à : - appliquer une solution comprenant les dopants du premier type de conductivité sur une partie, de préférence périphérique, de la seconde surface 11 du substrat 1 ; - irradier la partie de la seconde surface 11 du substrat 1 avec un laser 7. L’étape b2’) est avantageusement exécutée de manière à former : - une zone isolante 4 s’étendant entre la seconde région semi-conductrice 3 de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice 110 ; - la première région semi-conductrice 2 de la diode de dérivation s’étendant sur la zone isolante 4. A cet effet, le laser 7 utilisé lors de l’étape b2’) est un laser impulsionnel avec une durée d’impulsion comprise entre 10 et 150 ns ; la longueur d’onde du laser 7 est 515 nm ou 532 nm avec une fréquence comprise entre 10 kHz et 300 kHz ; la fluence du laser est comprise entre 0,8 et 1,8 J.cm'2 La profondeur du dopage est adaptée en modifiant la fluence du laser 7, comme illustré à la figure 4.
Comme illustré à la figure 6e, le second procédé comporte avantageusement les étapes : c) former une première couche diélectrique 5 agencée pour recouvrir la diode de dérivation et les première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 ; d) former une seconde couche diélectrique 6 recouvrant la première couche diélectrique.
La première couche diélectrique 5 est préférentiellement un oxyde de silicium. La première couche diélectrique 5 présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 2 et 10 nm. La seconde couche diélectrique 6 est préférentiellement un nitrure de silicium. La seconde couche diélectrique 6 présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 20 et 100 nm.
Comme illustré à la figure 6f, le second procédé comporte avantageusement une étape e) consistant à mettre en contact chacune des première et seconde zones semi-conductrices 100, 110 et chacune des première et seconde régions semi-conductrices 2, 3 de la diode de dérivation par une électrode E. L’étape e) comporte avantageusement une étape de métallisation, de préférence exécutée par sérigraphie, suivie d’une étape de recuit préférentiellement exécutée à une température comprise entre 720°C et 850°C pendant 5 à 15 secondes dans un four à lampes infrarouges à passage sous air. Ainsi, le métal peut traverser les première et seconde couches diélectriques 5, 6 formées lors des étapes c) et d). Chaque électrode E est avantageusement réalisée en argent et/ou en aluminium.
Claims (18)
- Revendications1. Cellule photovoltaïque, comportant : - un substrat (1) d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat (1) comprenant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées, et quatre surfaces latérales (12) opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces (10, 11); - des première et seconde zones semi-conductrices (100, 110), respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces (10, 11) du substrat (1), chacune des première et seconde zones semi-conductrices (100, 110) étant destinée à être en contact avec une électrode (E) ; - une diode de dérivation électriquement isolée du substrat (1), et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices (100, 110) ; la cellule photovoltaïque étant caractérisée en ce que les première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices (110, 100) ; et en ce que la seconde région semi-conductrice (3) de la diode de dérivation est en contact direct avec les quatre surfaces latérales (12) du substrat (1).
- 2. Cellule photovoltaïque selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comporte une zone isolante (4), réalisée dans un matériau semi-conducteur compensé, agencée pour isoler électriquement la diode de dérivation et le substrat (1).
- 3. Cellule photovoltaïque selon la revendication 2, caractérisée en ce que la zone isolante (4) s’étend entre la seconde région semi-conductrice (3) de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice (110).
- 4. Cellule photovoltaïque selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la zone isolante (4) s’étend sous la seconde surface (11) du substrat (1).
- 5. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la zone isolante (4) s’étend en périphérie de la seconde surface (11) du substrat (1).
- 6. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la première région semi-conductrice (2) de la diode de dérivation s’étend sur la zone isolante (4).
- 7. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que la zone isolante (4) présente une concentration de porteurs libres inférieure à 1014 at.crrf3.
- 8. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chacune des première ou seconde régions semi-conductrices (2, 3) de la diode de dérivation comporte : - des atomes de phosphore ou d’arsenic lorsque leur type de conductivité est le type n ; - des atomes de bore ou d’aluminium lorsque leur type de conductivité est le type P-
- 9. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chacune des première ou seconde zones semi-conductrices (100, 110) comporte : - des atomes de phosphore ou d’arsenic lorsque leur type de conductivité est le type n ; - des atomes de bore ou d’aluminium lorsque leur type de conductivité est le type P-
- 10. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le matériau semi-conducteur du substrat (1) est à base de silicium cristallin.
- 11. Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 10, comportant les étapes : a) prévoir : - un substrat (1) d’un matériau semi-conducteur dopé d’un premier type de conductivité, le substrat (1) comprenant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées, et quatre surfaces latérales (12) opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces (10, 11); - des première et seconde zones semi-conductrices (100, 110), respectivement dopées du premier et d’un second type de conductivité, et s’étendant respectivement sous les première et seconde surfaces (10, 11) du substrat (1), chacune des première et seconde zones semi-conductrices (100, 110) étant destinée à être en contact avec une électrode (E) ; b) former une diode de dérivation électriquement isolée du substrat (1), et comprenant une jonction entre des première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) respectivement dopées du premier et du second type de conductivité, les première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) de la diode de dérivation étant respectivement situées à distance des première et seconde zones semi-conductrices (100, 110) ; le procédé étant caractérisé en ce que l’étape b) est exécutée de sorte que les première et seconde régions semi-conductrices (2, 3) de la diode de dérivation sont respectivement en contact direct avec les seconde et première zones semi-conductrices (110, 100), et de sorte que la seconde région semi-conductrice (3) de la diode de dérivation est en contact direct avec les quatre surfaces latérales (12) du substrat (1).
- 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l’étape a) comporte les étapes : a1) prévoir le substrat (1) du matériau semi-conducteur dopé du premier type de conductivité, le substrat (1) comprenant les première et seconde surfaces (10, 11) opposées, et les quatre surfaces latérales (12) opposées deux à deux reliant les première et seconde surfaces (10, 11); a2) former une couche diélectrique (8) à la seconde surface (11) et aux quatre surfaces latérales (12), la couche diélectrique (8) comportant des dopants du second type de conductivité ; a3) diffuser les dopants du second type de conductivité depuis la couche diélectrique (8) jusqu’à la seconde surface (11) et jusqu’aux quatre surfaces latérales (12) de manière à former respectivement la seconde zone semi-conductrice (110) et la seconde région semi-conductrice (3) de la diode de dérivation.
- 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l’étape a) comporte une étape a4) consistant à incorporer les dopants du premier type de conductivité, de préférence en phase gazeuse, jusqu’à la première surface (10) du substrat (1) de manière à former la première zone semi-conductrice (100).
- 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l’étape b) comporte une étape b1) consistant à éliminer au moins une partie de la couche diélectrique (8) formée lors de l’étape a2).
- 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l’étape b1) est exécutée de manière à exposer une partie, de préférence périphérique, de la seconde surface (11 ) du substrat (1 ) ; et en ce que l’étape b) comporte une étape b2) consistant à incorporer les dopants du premier type de conductivité, de préférence en phase gazeuse, jusqu’à la partie de la seconde surface (11) du substrat (1) exposée après l’étape b1) ; les étapes b2) et a4) étant de préférence concomitantes lorsque la revendication 14 dépend de la revendication 13.
- 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l’étape b2) est exécutée de manière à former : - une zone isolante (4) s’étendant entre la seconde région semi-conductrice (3) de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice (110) ; - la première région semi-conductrice (2) de la diode de dérivation s’étendant sur la zone isolante (4).
- 17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l’étape b1) est exécutée de manière à éliminer en totalité la couche diélectrique (8) formée lors de l’étape a2) ; et en ce que l’étape b) comporte une étape b2’) consistant à : - appliquer une solution comprenant les dopants du premier type de conductivité sur une partie, de préférence périphérique, de la seconde surface (11) du substrat (1); - irradier la partie de la seconde surface (11 ) du substrat (1 ) avec un laser (7).
- 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l’étape b2’) est exécutée de manière à former : - une zone isolante (4) s’étendant entre la seconde région semi-conductrice (3) de la diode de dérivation et la seconde zone semi-conductrice (110) ; - la première région semi-conductrice (2) de la diode de dérivation s’étendant sur la zone isolante (4).
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