FR3100381A1 - Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque - Google Patents

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Abstract

Ce procédé comporte les étapes : a) prévoir une structure comprenant : - un substrat (1) à base de silicium cristallin ; - une première couche diélectrique (2), comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface (10) du substrat (1) ; - un film d’oxyde tunnel (3), formé sur la seconde surface (11) du substrat ; - une couche de polysilicium (4), formée sur le film d’oxyde tunnel (3) ; - une deuxième couche diélectrique (5), comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic, et formée sur la couche de polysilicium (4) ; b) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à : - diffuser les atomes de bore sous la première surface (10) du substrat (1), de manière à former une première région semi-conductrice dopée (100) ; - diffuser les atomes de phosphore et/ou d’arsenic dans la couche de polysilicium (4), de manière à doper la couche de polysilicium (4). Figure 3a-3d

Description

Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque
L’invention se rapporte au domaine technique des cellules photovoltaïques.
L’invention trouve notamment son application dans la fabrication de cellules photovoltaïques de type PERT (« Passivated Emitter Rear Totally- diffused » en langue anglaise).
État de l’art
Un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque connu de l’état de la technique, notamment du document FR 3 035 740, comporte les étapes :
a0) prévoir une structure comprenant :
- un substrat à base de silicium cristallin, présentant une première surface et une seconde surface opposée ;
- une première couche diélectrique, comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface du substrat ;
- une deuxième couche diélectrique, comprenant des atomes de phosphore ou d’arsenic, et formée sur la seconde surface du substrat ;
b0) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à :
- diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique sous la première surface du substrat, de manière à former une première région semi-conductrice dopée destinée à être en contact avec une électrode ;
- diffuser les atomes de phosphore ou d’arsenic depuis la seconde couche diélectrique sous la seconde surface du substrat, de manière à former une seconde région semi-conductrice dopée destinée à être en contact avec une électrode.
Un tel procédé de l’état de la technique permet de limiter le nombre d’étapes à exécuter grâce à la co-diffusion des atomes de bore et de phosphore/arsenic, et à la conservation des première et deuxième couches diélectriques après l’étape b0). A cet égard, l’étape b0) est exécutée sous une atmosphère oxydante afin d’augmenter la passivation de la structure et autoriser la conservation des première et deuxième couches diélectriques. Par « passivation », on entend la neutralisation de défauts électriquement actifs aux première et seconde surfaces du substrat. En effet, le substrat à base de silicium cristallin comporte une densité de défauts (e.g. liaisons pendantes, impuretés, discontinuité du cristal…) pouvant entraîner des pertes non négligeables liées à la recombinaison en surface des porteurs dans le cas d’une application photovoltaïque.
Cependant, un tel procédé de l’état de la technique n’est pas entièrement satisfaisant en termes de passivation de la structure. L’homme du métier recherche à améliorer les performances de la cellule photovoltaïque avec des valeurs de tension de circuit ouvert Vocles plus élevées possible.
L’invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque, comportant les étapes :
a) prévoir une structure comprenant :
- un substrat à base de silicium cristallin, présentant une première surface et une seconde surface opposée ;
- une première couche diélectrique, comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface du substrat ;
- un film d’oxyde tunnel, formé sur la seconde surface du substrat ;
- une couche de polysilicium, formée sur le film d’oxyde tunnel ;
- une deuxième couche diélectrique, comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic, et formée sur la couche de polysilicium ;
b) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à :
- diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique sous la première surface du substrat, de manière à former une première région semi-conductrice dopée destinée à être en contact avec une électrode ;
- diffuser les atomes de phosphore et/ou d’arsenic depuis la deuxième couche diélectrique dans la couche de polysilicium, de manière à doper la couche de polysilicium, la couche de polysilicium dopée étant destinée à être en contact avec une électrode E.
Ainsi, un tel procédé selon l’invention permet d’augmenter les valeurs de tension de circuit ouvert Vocpar rapport à l’état de la technique grâce à la présence du film d’oxyde tunnel et de la couche de polysilicium qui permettent une excellente passivation de la seconde surface du substrat. Le film d’oxyde tunnel permet de limiter la diffusion des atomes de phosphore et/ou d’arsenic depuis la couche de polysilicium vers la seconde surface du substrat. En d’autres termes, le film d’oxyde tunnel agit comme une barrière de diffusion aux atomes de phosphore/arsenic vers le substrat. Le film d’oxyde tunnel permet donc de doper suffisamment la couche de polysilicium en phosphore et/ou en arsenic lors de l’étape b) afin d’obtenir un contact électrique, et ce sans nécessiter une augmentation du budget thermique de l’étape b). Une augmentation du budget thermique lors de l’étape b) ne serait en effet pas souhaitable car elle augmenterait également la profondeur de diffusion des atomes de bore sous la première surface du substrat, et dégraderait donc la valeur de tension de circuit ouvert Voc. La prise de contact électrique sur la couche de polysilicium dopée pourra s’effectuer par exemple par sérigraphie.
Par ailleurs, le film d’oxyde tunnel permet de s’affranchir de difficultés liées aux profondeurs de diffusion différentes entre les atomes de bore et les atomes de phosphore/arsenic lors de leur co-diffusion de l’étape b), ces difficultés pouvant avoir lieu dans l’état de la technique.
Définitions
- Par « substrat », on entend le support mécanique, autoporté, destiné à la fabrication d’une cellule photovoltaïque.
- Par « cristallin », on entend la forme multicristalline ou la forme monocristalline du silicium, excluant donc le silicium amorphe.
- Par « à base de », on entend que le matériau correspondant est le matériau principal et majoritaire composant le substrat (ou la couche).
- Par « diélectrique », on entend que la couche présente une conductivité électrique à 300 K inférieure à 10-8S/cm.
- Par « film d’oxyde tunnel », on entend un oxyde suffisamment fin pour autoriser la circulation d’un courant électrique en son sein par effet tunnel.
Le procédé selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel est un oxyde de silicium ou un oxyde d’aluminium.
Par « oxyde de silicium », on entend l’oxyde de silicium de formule SiO2(dioxyde de silicium) ou ses dérivés SiOxnon-stœchiométriques.
Par « oxyde d’aluminium », on entend l’oxyde d’aluminium de formule Al2O3(alumine) ou ses dérivés AlOxnon-stœchiométriques.
Ainsi, un avantage procuré par de tels oxydes est leur propriété de barrière de diffusion aux atomes de phosphore/arsenic.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel est un oxyde de silicium formé sur la seconde surface du substrat par voie thermique.
Ainsi, un avantage procuré est d’améliorer la densité de l’oxyde de silicium par rapport à un oxyde de silicium formée par voie chimique, ce qui améliore les propriétés de barrière de diffusion aux atomes de phosphore/arsenic.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel est un oxyde d’aluminium formé sur la seconde surface du substrat par un dépôt de couches atomiques.
Le dépôt de couches atomiques est classiquement désigné par l’acronyme ALD pour « Atomic Layer Deposition » en langue anglaise.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel présente une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que :
- le film d’oxyde tunnel est un oxyde d’aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm ;
- la structure comprend un film additionnel d’oxyde tunnel formé entre la première surface du substrat et la première couche diélectrique, le film additionnel d’oxyde tunnel étant un oxyde d’aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
Ainsi, un avantage procuré par l’oxyde d’aluminium, formant le film additionnel d’oxyde tunnel, est de faiblement affecter la diffusion des atomes de bore en son sein, ce qui permet de ne pas dégrader significativement la conductance latérale de la première région semi-conductrice dopée, contrairement à un oxyde de silicium. En effet, un oxyde de silicium agit comme une barrière de diffusion aux atomes de bore.
Par conséquent, l’utilisation d’un oxyde d’aluminium pour le film d’oxyde tunnel et pour le film additionnel d’oxyde tunnel permet de simplifier la mise en œuvre du procédé en autorisant leur formation simultanée de part et d’autre du substrat, ce qui réduit le temps d’opération.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que la première couche diélectrique est à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNyvérifiant 0≤y<x, de préférence hydrogéné.
Une telle première couche diélectrique permet d’obtenir une passivation satisfaisante de la première surface du substrat, plus précisément une passivation de l’interface entre la première surface du substrat et la première couche diélectrique. L’hydrogénation de l’oxynitrure de silicium permet d’améliorer les propriétés de passivation. Lorsque y=0, l’oxynitrure de silicium est un oxyde de silicium.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que la deuxième couche diélectrique est à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNyvérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné.
Lorsque x=0, l’oxynitrure de silicium est un nitrure de silicium.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape b) est exécutée en appliquant un recuit thermique à la structure, le recuit thermique présentant :
- une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C, de préférence comprise entre 900°C et 950°C,
- une valeur de durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure, de préférence comprise entre 30 minutes et 1 heure.
Par « recuit thermique », on entend un traitement thermique comportant :
- une phase de montée graduelle en température (rampe de montée) jusqu’à atteindre une température dite température de recuit,
- une phase de maintien (plateau) à la température de recuit, pendant une durée dite durée de recuit,
- une phase de refroidissement.
Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comporte une étape consistant à former une couche à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné, sur la première couche diélectrique après l’étape b).
Ainsi, un avantage procuré est d’améliorer à la fois la passivation de la première surface du substrat, et de former une couche optique dite antireflet, de par une épaisseur adaptée. Cette étape est préférentiellement exécutée après l’étape b) afin d’enrichir aisément en oxygène la première couche diélectrique lorsque l’étape b) est exécutée sous une atmosphère oxydante. Lorsque x=0, l’oxynitrure de silicium est un nitrure de silicium.
Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comporte une étape consistant à former une couche à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné, sur la deuxième couche diélectrique avant l’étape b).
Lorsque x=0, l’oxynitrure de silicium est un nitrure de silicium.
Ainsi, un avantage procuré est d’empêcher une exo-diffusion des atomes de phosphore/arsenic depuis la deuxième couche diélectrique.
Selon une caractéristique de l’invention, les première et deuxième couches diélectriques sont conservées après l’étape b).
Ainsi, un avantage procuré est un gain de temps d’opération puisqu’il n’est pas nécessaire de retirer ces couches puis de former des couches de passivation dédiées.
L’invention a également pour objet une cellule photovoltaïque, comportant :
- un substrat à base de silicium cristallin, présentant une première surface et une seconde surface opposée ;
- une première région semi-conductrice dopée, s’étendant sous la première surface du substrat, et comprenant des atomes de bore ;
- une première couche diélectrique, comprenant des atomes de bore dans une proportion résiduelle, et formée sur la première surface du substrat ;
- un film d’oxyde tunnel, formé sur la seconde surface du substrat ;
- une couche de polysilicium dopée, formée sur le film d’oxyde tunnel, et comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic ;
- une deuxième couche diélectrique, comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic dans une proportion résiduelle, et formée sur la couche de polysilicium dopée.
Ainsi, une telle cellule photovoltaïque autorise une augmentation de la valeur de tension de circuit ouvert Vocpar rapport à l’état de la technique, grâce à la présence du film d’oxyde tunnel et de la couche de polysilicium qui permettent une excellente passivation de la seconde surface du substrat.
Selon une caractéristique de l’invention, la cellule photovoltaïque comporte un film additionnel d’oxyde tunnel formé entre la première surface du substrat et la première couche diélectrique.
La présence d’un tel film additionnel d’oxyde tunnel permet de faciliter la fabrication de la cellule photovoltaïque en autorisant la formation simultanée du film d’oxyde tunnel et du film additionnel d’oxyde tunnel de part et d’autre du substrat, ce qui réduit le temps d’opération.
Selon une caractéristique de l’invention, le film d’oxyde tunnel et le film additionnel d’oxyde tunnel sont réalisés en oxyde d’aluminium et présentent une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
Ainsi, un avantage procuré par l’oxyde d’aluminium, formant le film additionnel d’oxyde tunnel, est de faiblement affecter la diffusion des atomes de bore en son sein, ce qui permet de ne pas dégrader significativement la conductance latérale de la première région semi-conductrice dopée, contrairement à un oxyde de silicium. En effet, un oxyde de silicium agit comme une barrière de diffusion aux atomes de bore.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l’exposé détaillé de différents modes de réalisation de l’invention, l’exposé étant assorti d’exemples et de références aux dessins joints.
Figures 1a à 1c sont des vues schématiques en coupe illustrant différentes étapes d’un premier mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.
Figures 2a à 2c sont des vues schématiques en coupe illustrant différentes étapes d’un deuxième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.
Figures 3a à 3d sont des vues schématiques en coupe illustrant différentes étapes d’un troisième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.
Figures 4a à 4d sont des vues schématiques en coupe illustrant différentes étapes d’un quatrième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.
Il est à noter que les dessins décrits ci-avant sont schématiques et ne sont pas à l’échelle par souci de lisibilité et pour simplifier leur compréhension.
Exposé détaillé des modes de réalisation
Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification.
Un objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque, comportant les étapes :
a) prévoir une structure comprenant :
- un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant une première surface 10 et une seconde surface 11 opposée ;
- une première couche diélectrique 2, comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface 10 du substrat 1 ;
- un film d’oxyde tunnel 3, formé sur la seconde surface 11 du substrat 1 ;
- une couche de polysilicium 4, formée sur le film d’oxyde tunnel 3 ;
- une deuxième couche diélectrique 5, comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic, et formée sur la couche de polysilicium 4 ;
b) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à :
- diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique 2 sous la première surface 10 du substrat 1, de manière à former une première région semi-conductrice dopée 100 destinée à être en contact avec une électrode E ;
- diffuser les atomes de phosphore et/ou d’arsenic depuis la deuxième couche diélectrique 5 dans la couche de polysilicium 4, de manière à doper la couche de polysilicium 4, la couche de polysilicium 4 dopée étant destinée à être en contact avec une électrode E.
L’étape a) est illustrée aux figures 1a, 2a, 3a et 4a. L’étape b) est illustrée aux figures 1b, 2b, 3b et 4b.
Substrat
Le substrat 1 de la structure prévue lors de l’étape a) est avantageusement dopé de type n, et la première surface 10 du substrat 1 est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux de manière à former une architecture à émetteur standard. La première région semi-conductrice dopée 100 forme l’émetteur. La couche de polysilicium 4 dopée, du même type de dopage que le substrat 1, est de type BSF (« Back Surface Field » en langue anglaise).
L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que la première surface 10 du substrat 1 est texturée afin de réduire le coefficient de réflexion et les pertes optiques dans la cellule photovoltaïque. La première surface 10 du substrat 1 comporte préférentiellement des motifs en pyramide inversée agencés pour créer une rugosité de surface. La texturation est préférentiellement exécutée par une attaque chimique à base d’hydroxyde de potassium KOH.
A titre d’exemple non limitatif, le substrat 1 peut présenter une épaisseur de l’ordre de 150 µm.
L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 sont préalablement nettoyées chimiquement.
Première couche diélectrique
L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que la première couche diélectrique 2 est à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNyvérifiant 0≤y<x, de préférence hydrogéné. La première couche diélectrique 2 présente avantageusement une épaisseur comprise entre 3 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 20 nm et 50 nm. Les atomes de bore présentent avantageusement une proportion atomique dans la première couche diélectrique 2 comprise entre 10% et 50%, de préférence comprise entre 10% et 30% avant l’étape b). L’oxynitrure de silicium de la première couche diélectrique 2 vérifie avantageusement 0,2≤x≤0,5 et 0,05≤y≤0,15 avant l’étape b).
Comme illustré aux figures 3c et 4c, le procédé peut comporter une étape consistant à former une couche 2’ à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné, sur la première couche diélectrique 2 après l’étape b).
Lorsque la première couche diélectrique 2 et la couche 2’ sont réalisées dans un matériau à base d'un oxynitrure de silicium hydrogéné, ces couches peuvent être formées par un dépôt chimique en phase vapeur (PECVD pour « Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition » en langue anglaise) à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4et du protoxyde d'azote N2O ou du NH3. Les atomes de bore sont avantageusement incorporés à l'oxynitrure de silicium hydrogéné par une injection de diborane B2H6avec les gaz réactifs.
La première couche diélectrique 2 est conservée après l’étape b), de même que la couche 2’.
Film(s) d’oxyde tunnel
L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel 3 est un oxyde de silicium ou un oxyde d’aluminium. L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que l’oxyde de silicium est formé sur la seconde surface 11 du substrat 1 par voie thermique. L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que l’oxyde d’aluminium est formé sur la seconde surface 11 du substrat 1 par un dépôt de couches atomiques (ALD).
L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel 3 présente une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
Comme illustré aux figures 2a et 4a, l’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que :
- le film d’oxyde tunnel 3 est un oxyde d’aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm ;
- la structure comprend un film additionnel 3’ d’oxyde tunnel formé entre la première surface 10 du substrat 1 et la première couche diélectrique 2, le film additionnel 3’ d’oxyde tunnel étant un oxyde d’aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
Couche de polysilicium
L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que la couche de polysilicium 4 présente une épaisseur comprise entre 30 nm et 200 nm, de préférence comprise entre 30 nm et 100 nm.
L’étape a) peut être exécutée de sorte que la couche de polysilicium 4 est formée sur le film d’oxyde tunnel 3 par un dépôt d’une couche de silicium amorphe (e.g. par LPCVD «Low Pressure Chemical Vapor Deposition» ou par PECVD «Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition »), suivi d’un recuit permettant de cristalliser la couche de silicium amorphe.
Deuxième couche diélectrique
L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que la deuxième couche diélectrique 5 est à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNyvérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné. La deuxième couche diélectrique 5 présente avantageusement une épaisseur comprise entre 10 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 30 nm. Les atomes de phosphore ou d'arsenic présentent avantageusement une proportion massique dans la deuxième couche diélectrique 5 supérieure ou égale à 4%, de préférence comprise entre 10% et 30%. L’oxynitrure de silicium de la deuxième couche diélectrique 5 vérifie avantageusement 0≤x≤0,05 et 0,30≤y≤0,55 avant et après l’étape b).
Comme illustré aux figures 3a et 4a, le procédé peut comporter une étape consistant à former une couche 5’ à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné, sur la deuxième couche diélectrique 5 avant l’étape b), de préférence avec une épaisseur inférieure à 80 nm.
Lorsque la deuxième couche diélectrique 5 et la couche 5’ sont réalisées dans un matériau à base d'un oxynitrure de silicium hydrogéné, ces couches peuvent être formées par un dépôt chimique en phase vapeur (PECVD pour « Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition » en langue anglaise) à partir de gaz réactifs comportant du silane SiH4et du NH3. Les atomes de phosphore sont avantageusement incorporés à l'oxynitrure de silicium hydrogéné par une injection de phosphine PH3avec les gaz réactifs. Les atomes d’arsenic sont avantageusement incorporés à l'oxynitrure de silicium hydrogéné par une injection d’arsine AsH3avec les gaz réactifs.
La deuxième couche diélectrique 5 est conservée après l’étape b), de même que la couche 5’.
Traitement thermique
L’étape b) est avantageusement exécutée en appliquant un recuit thermique à la structure, le recuit thermique présentant :
- une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C, de préférence comprise entre 900°C et 950°C,
- une valeur de durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure, de préférence comprise entre 30 minutes et 1 heure.
Le recuit thermique appliqué lors de l'étape b) est un recuit thermique global au sens où il est appliqué à l'ensemble de la structure prévue lors de l'étape a). Il ne s'agit donc pas d'un recuit thermique localisé appliqué sur une partie dudit ensemble, par exemple à l'aide d'un laser.
L'étape b) est préférentiellement exécutée dans un four.
Le recuit thermique peut être appliqué lors de l’étape b) sous une atmosphère oxydante. Ainsi, un avantage procuré par l’atmosphère oxydante est d’améliorer la passivation de la première surface du substrat (i.e. l’interface entre la première surface et la première couche diélectrique) en enrichissant en oxygène la première couche diélectrique. L'atmosphère oxydante comporte avantageusement un mélange de dioxygène et d'un gaz neutre choisi parmi l'argon, l'azote, ou un mélange d'argon et d'azote. L'atmosphère oxydante est avantageusement constituée par un mélange de dioxygène et d'un gaz neutre choisi parmi l'argon, l'azote, ou un mélange d'argon et d'azote. L'atmosphère oxydante est avantageusement dépourvue d'agent dopant tel que la phosphine. Selon une alternative, le recuit thermique peut être appliqué lors de l’étape b) sous une atmosphère neutre, comportant par exemple du N2.
Après l'étape b), la première région semi-conductrice dopée 100 présente préférentiellement, à la première surface 10 du substrat 1, une concentration en bore supérieure à 1019at./cm3, plus préférentiellement comprise entre 1019 at./cm3et 3x1020at./cm3, afin de former une zone de contact électrique de bonne qualité.
Après l'étape b), la couche de polysilicium 4 dopée présente préférentiellement une concentration en phosphore ou arsenic supérieure à 1020at./cm3, plus préférentiellement comprise entre 2x1020at./cm3et 1021at./cm3, afin de former une zone de contact électrique de bonne qualité.
Les atomes de bore présentent avantageusement une proportion atomique dans la première couche diélectrique 2 comprise entre 1% et 10%, de préférence comprise entre 3% et 8% après l’étape b).
Les atomes de phosphore ou d’arsenic présentent avantageusement une proportion atomique dans la deuxième couche diélectrique 5 comprise entre 1% et 10%, de préférence comprise entre 1% et 5% après l’étape b).
Cellule photovoltaïque
Comme illustré aux figures 1c, 2c, 3d et 4d, le procédé peut comporter une étape c) consistant à mettre en contact la première région semi-conductrice dopée 100 et la couche de polysilicium dopée 4 avec une électrode E. L'étape c) comporte avantageusement une étape de métallisation, de préférence exécutée par sérigraphie. Chaque électrode E est préférentiellement réalisée en argent et/ou aluminium.
L’invention a également pour objet une cellule photovoltaïque, comportant :
- un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant une première surface 10 et une seconde surface 11 opposée ;
- une première région semi-conductrice dopée 100, s’étendant sous la première surface 10 du substrat 1, et comprenant des atomes de bore ;
- une première couche diélectrique 2, comprenant des atomes de bore dans une proportion résiduelle, et formée sur la première surface 10 du substrat 1 ;
- un film d’oxyde tunnel 3, formé sur la seconde surface 11 du substrat 1 ;
- une couche de polysilicium 4 dopée, formée sur le film d’oxyde tunnel 3, et comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic ;
- une deuxième couche diélectrique 5, comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic dans une proportion résiduelle, et formée sur la couche de polysilicium 4 dopée.
La cellule photovoltaïque peut comporter un film additionnel 3’ d’oxyde tunnel formé entre la première surface 10 du substrat 1 et la première couche diélectrique 2. Le film d’oxyde tunnel 3 et le film additionnel 3’ d’oxyde tunnel sont avantageusement réalisés en oxyde d’aluminium et présentent une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
Par « proportion résiduelle », on entend que :
- les atomes de bore présentent une proportion atomique dans la première couche diélectrique 2 comprise entre 1% et 10%, de préférence comprise entre 3% et 8% ;
- les atomes de phosphore ou d’arsenic présentent une proportion atomique dans la deuxième couche diélectrique 5 comprise entre 1% et 10%, de préférence comprise entre 1% et 5%.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L’homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents.

Claims (15)

  1. Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque, comportant les étapes :
    a) prévoir une structure comprenant :
    - un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant une première surface (10) et une seconde surface (11) opposée ;
    - une première couche diélectrique (2), comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface (10) du substrat (1) ;
    - un film d’oxyde tunnel (3), formé sur la seconde surface (11) du substrat ;
    - une couche de polysilicium (4), formée sur le film d’oxyde tunnel (3) ;
    - une deuxième couche diélectrique (5), comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic, et formée sur la couche de polysilicium (4) ;
    b) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à :
    - diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique (2) sous la première surface (10) du substrat (1), de manière à former une première région semi-conductrice dopée (100) destinée à être en contact avec une électrode (E) ;
    - diffuser les atomes de phosphore et/ou d’arsenic depuis la deuxième couche diélectrique (5) dans la couche de polysilicium (4), de manière à doper la couche de polysilicium (4), la couche de polysilicium dopée étant destinée à être en contact avec une électrode (E).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel (3) est un oxyde de silicium ou un oxyde d’aluminium.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel (3) est un oxyde de silicium formé sur la seconde surface (11) du substrat (1) par voie thermique.
  4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel (3) est un oxyde d’aluminium formé sur la seconde surface (11) du substrat (1) par un dépôt de couches atomiques.
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que le film d’oxyde tunnel (3) présente une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
  6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que :
    - le film d’oxyde tunnel (3) est un oxyde d’aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm ;
    - la structure comprend un film additionnel (3’) d’oxyde tunnel formé entre la première surface (10) du substrat (1) et la première couche diélectrique (2), le film additionnel (3’) d’oxyde tunnel étant un oxyde d’aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
  7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que la première couche diélectrique (2) est à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNyvérifiant 0≤y<x, de préférence hydrogéné.
  8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que la deuxième couche diélectrique (5) est à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNyvérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné.
  9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape b) est exécutée en appliquant un recuit thermique à la structure, le recuit thermique présentant :
    - une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C, de préférence comprise entre 900°C et 950°C,
    - une valeur de durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure, de préférence comprise entre 30 minutes et 1 heure.
  10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, comportant une étape consistant à former une couche (2’) à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné, sur la première couche diélectrique (2) après l’étape b).
  11. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, comportant une étape consistant à former une couche (5’) à base d’un oxynitrure de silicium SiOxNy, vérifiant 0≤x<y, de préférence hydrogéné, sur la deuxième couche diélectrique (5) avant l’étape b).
  12. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel les première et deuxième couches diélectriques (2, 5) sont conservées après l’étape b).
  13. Cellule photovoltaïque, comportant :
    - un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant une première surface (10) et une seconde surface (11) opposée ;
    - une première région semi-conductrice dopée (100), s’étendant sous la première surface (10) du substrat (10), et comprenant des atomes de bore ;
    - une première couche diélectrique (2), comprenant des atomes de bore dans une proportion résiduelle, et formée sur la première surface (10) du substrat (1) ;
    - un film d’oxyde tunnel (3), formé sur la seconde surface (11) du substrat (1) ;
    - une couche de polysilicium (4) dopée, formée sur le film d’oxyde tunnel (3), et comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic ;
    - une deuxième couche diélectrique (5), comprenant des atomes de phosphore et/ou d’arsenic dans une proportion résiduelle, et formée sur la couche de polysilicium (4) dopée.
  14. Cellule photovoltaïque selon la revendication 13, comportant un film additionnel (3’) d’oxyde tunnel formé entre la première surface (10) du substrat (1) et la première couche diélectrique (2).
  15. Cellule photovoltaïque selon la revendication 14, dans lequel le film d’oxyde tunnel (3) et le film additionnel (3’) d’oxyde tunnel sont réalisés en oxyde d’aluminium et présentent une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.
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