FR3103965A1 - Clivage de plaque pour la fabrication de cellules solaires - Google Patents
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Abstract
Clivage de plaque de silicium pour cellule solaire dotée de faces latérales (41c) suivant une orientation cristalline ‘(110)’, comprenant préalablement à une séparation de la plaque en plusieurs portions, la réalisation d’au moins une entaille (45) parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée (41c) parmi desdites faces latérales. Figure pour l’abrégé : figure 5
Description
La présente demande concerne le domaine des cellules solaires encore appelées cellules photovoltaïques. Elle s’applique en particulier aux dispositifs à cellule(s) solaire(s) résultant de l’assemblage de portions de plaques de silicium. Elle vise plus particulièrement un procédé amélioré de division d’une plaque en silicium pour réaliser une cellule solaire ou un assemblage de cellules solaires.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Une cellule solaire est habituellement formée sur une plaque de matériau semi-conducteur, typiquement du silicium, communément appelé «wafer».
On peut, pour certaines applications, être amené à vouloir découper une telle plaque en plusieurs portions et réaliser des demi-cellules («half-cell» selon la terminologie anglo-saxonne).
Une application particulière concerne la mise en œuvre d’une architecture de module solaire de type appelé «shingle». Le document US2017/0077343°A1 présente par exemple un tel type de module solaire. La mise en œuvre d’une architecture de type shingle prévoit l’assemblage de demi-cellules ou de portions de cellules que l’on fait se chevaucher entre elles.
Les demi-cellules ou portions de cellules sont typiquement obtenues en effectuant une découpe d’une plaque (wafer) sur laquelle une cellule solaire a été au moins partiellement réalisée.
Lorsqu’on effectue une découpe de la plaque pour obtenir des portions de plaques, on cherche à minimiser le volume du matériau qui est enlevé lors du processus de découpe.
On cherche également à ne pas altérer le matériau de la plaque et lorsque cette plaque contient des éléments destinés à former une cellule solaire, à ne pas altérer ces éléments.
Une découpe laser met en œuvre des températures importantes, typiquement de l’ordre de 800°C ce qui peut s’avérer gênant, en particulier pour la réalisation de certains types de cellules telles que, par exemple, les cellules à hétérojonctions (HET) fabriquées à basse température typiquement à une température inférieure à 250°C et de préférence inférieure à 200°C.
Une découpe avec une lame est une technique utilisée couramment dans le domaine de la microélectronique afin de diviser une plaque (wafer) en portions élémentaires. Une telle méthode a quant à elle tendance à enlever une partie importante de matériau.
Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé de découpe de plaques pour cellules solaires.
Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de fabrication d’un support en silicium, en particulier pour cellule solaire, comprenant des étapes consistant à:
A) Prévoir une plaque de silicium dotée d’une face supérieure, d’une face inférieure opposée à la face supérieure et de faces latérales, les faces latérales suivant une orientation cristalline ‘(110)’ et reliant entre elles la face supérieure et la face inférieure,
B) Réalisation d’au moins une entaille dans ladite plaque, cette entaille s’étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée parmi lesdites faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’ puis,
C) Effectuer une action mécanique sur la plaque de sorte à réaliser un clivage dans la prolongation de l’entaille et à effectuer une séparation de la plaque en une première portion et une deuxième portion distincte de la première portion.
A) Prévoir une plaque de silicium dotée d’une face supérieure, d’une face inférieure opposée à la face supérieure et de faces latérales, les faces latérales suivant une orientation cristalline ‘(110)’ et reliant entre elles la face supérieure et la face inférieure,
B) Réalisation d’au moins une entaille dans ladite plaque, cette entaille s’étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée parmi lesdites faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’ puis,
C) Effectuer une action mécanique sur la plaque de sorte à réaliser un clivage dans la prolongation de l’entaille et à effectuer une séparation de la plaque en une première portion et une deuxième portion distincte de la première portion.
A l’étape B), l’entaille peut être formée à travers une autre face latérale qui est orthogonale à ladite face latérale donnée (41c) de la plaque et/ou peut être formée à travers une face donnée parmi lesdites faces supérieure et inférieure.
Dans le cas où l’on effectue une entaille à travers une face donnée parmi lesdites faces supérieure et inférieure, on reste de préférence à proximité de ladite autre face latérale et on réalise avantageusement l’entaille de sorte à atteindre une arête entre ladite face donnée et ladite autre face latérale.
A l’étape C), l’action mécanique peut consister à appliquer une force, en particulier sur ladite face supérieure ou la face inférieure de la plaque. Selon une variante, l’action mécanique peut être une mise en collision d’un élément percuteur avec la plaque ou un autre élément en contact ou à proximité de la plaque. De préférence, lorsqu’on effectue une percussion, cette percussion est réalisée à proximité de l’entaille ou au niveau de l’entaille ou sur l’entaille.
Avantageusement la ou les entailles est ou sont formées à l’aide d’un laser. Cela permet notamment de réaliser rapidement une entaille et d’obtenir un positionnement précis de la ou les entaille(s).
Typiquement, l’entaille a une profondeur P au moins égale à 1/3 d’une épaisseur e de la plaque, e et P étant des dimensions mesurées entre ladite face supérieure et ladite face inférieure de la plaque.
Selon un mode de réalisation avantageux, on effectue l’entaille à travers ladite autre face latérale de la plaque. Cela peut permettre notamment de pouvoir pratiquer une entaille sur une plaque recouverte, ou étant recouverte, par une autre plaque ou par un autre objet. Cela peut également permettre de ne pas altérer une face sur laquelle des éléments constitutifs d’une cellule solaire sont prévus ou sont déjà réalisés.
A l’étape B) de réalisation de l’entaille, la plaque peut être disposée dans un groupe ou un empilement de plusieurs plaques. Dans ce cas, on réalise à l’étape B) au moins une autre entaille sur au moins une face latérale d’au moins une autre plaque dudit groupe ou dudit empilement. Les entailles pratiquées peuvent être alignées entre elles. Cela permet de réaliser un gain de temps par rapport à un procédé dans lequel on effectuerait ces entailles sur les faces supérieures ou inférieures respectives d’un groupe de plaques. Une réalisation de plusieurs entailles sur un empilement de plaques ou sur un groupe de plaques par exposition à un laser d’un bord latéral de l’empilement ou du groupe de plaques est d’autant plus rapide.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’action mécanique effectuée à l’étape C) peut être une mise en collision au moyen d’un élément percuteur et appliquée sur ledit groupe de plaques ou sur ledit empilement de plaques dans lequel on a pratiqué des entailles ou sur un autre groupe de plusieurs plaques ou sur un autre empilement de plusieurs plaques.
Après la fabrication du support en silicium on peut effectuer un assemblage de la première portion avec une autre portion de silicium ou bien avec ladite deuxième portion en vue de réaliser un module solaire ou photovoltaïque.
La plaque sur laquelle l’entaille est pratiquée est typiquement une plaque rectangulaire, ou pseudo-rectangulaire, en particulier carrée ou pseudo-carrée.
Cette plaque peut être issue d’un découpage d’un lingot de forme cylindrique obtenu par tirage et qui comprend après tirage des marques s’étendant sur des zones latérales du lingot. Le procédé peut alors comprendre en outre des étapes consistant à:
- identifier un plan donné d’orientation cristalline ‘(100)’ à partir desdites marques puis,
- réaliser des découpes à 45° de ce plan donné pour former une brique dotée de faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’, puis
- découper la brique en plusieurs plaques dotées de faces supérieures et inférieures d’orientation cristalline ‘(100)’ et de faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’.
- identifier un plan donné d’orientation cristalline ‘(100)’ à partir desdites marques puis,
- réaliser des découpes à 45° de ce plan donné pour former une brique dotée de faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’, puis
- découper la brique en plusieurs plaques dotées de faces supérieures et inférieures d’orientation cristalline ‘(100)’ et de faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’.
Selon un mode de réalisation du procédé la plaque peut avoir été soumise préalablement à l’étape B) à un ou plusieurs étapes voire aux étapes technologiques de réalisation d’une cellule solaire.
Le procédé de clivage suivant l’invention permet de s’adapter à une plaque ayant déjà subi une ou plusieurs étapes de fabrication de cellule solaire, tout en limitant les risques de détérioration de cette cellule.
Avantageusement, préalablement à l’étape B), une étape de formation d’éléments métalliques, en particulier de contacts métalliques, est réalisée sur ladite plaque.
Selon une possibilité de mise en œuvre du procédé, en particulier lorsqu’il vise à la réalisation de cellules solaires à hétéro-jonction, l’étape B) peut être effectuée après le dépôt d’une couche, typiquement en silicium amorphe, servant à former cette hétéro-jonction. Dans ce cas, l’étape B) et l’étape C) peuvent être également réalisées sur ladite plaque avant la réalisation d’une couche de passivation.
Un procédé suivant l’invention s’applique tout particulièrement à la fabrication de cellules solaire à hétérojonction pour lesquelles les contraintes de budget thermiques sont importantes.
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un exemple de réalisation d’un procédé suivant l’invention prévoit d’utiliser comme matériau de départ un bloc de silicium encore appelé «lingot» 2 (figure 1). Ce lingot 2 peut avoir une partie de forme globalement cylindrique et peut avoir été obtenu par une méthode de type Czochralski (Cz). Dans ce type de méthode, du silicium charge est fondu dans un creuset. Un germe de silicium monocristallin avec une orientation cristallographique précise, par exemple une orientation (100) est placé en contact avec la surface en fusion. Le silicium solidifié prend l’orientation cristallographique du germe qui est lentement tiré jusqu’à atteindre un diamètre désiré. Des dopants par exemple du bore ou du phosphore peuvent être ajoutés afin de pouvoir conférer au silicium un dopage de type n ou de type p.
Le lingot 2 obtenu est ensuite découpé, avec une découpe (figure 2) effectuée dans le sens de la hauteur H, prise entre la base 3a et le sommet 3b de la partie cylindrique du lingot 2, afin de former un bloc 4 parallélépipédique encore appelé «brique» (figure 3). La découpe de la brique 4 peut être réalisée par exemple par le biais d’une scie à fil et peut être effectuée en présence d’un liquide contenant des particules abrasives en suspension.
La découpe de la brique 4 est ici réalisée de sorte qu’elle comporte des flancs latéraux 4c ayant une orientation cristallographique (110) ou sensiblement égale à l’orientation cristallographique (110). Pour cela, un repérage de cette orientation peut être effectué à partir de marques par exemple d’arêtes présentes sur le flanc du lingot et qui renseignent sur l’orientation cristallographique (100). On se place alors dans une direction à 45° de cette orientation (100) afin d’obtenir l’orientation cristallographique 110. On peut vérifier ensuite une éventuelle désorientation de manière conventionnelle en utilisant par exemple un équipement de mesure tel qu’un goniomètre à rayons X.
La brique 4 est alors ensuite elle-même découpée en plaques 40 (figure 4) communément appelés «wafers» sur lesquels une ou plusieurs cellules solaires sont destinées à être réalisés. La découpe de la brique 4 en plusieurs plaques 40 est effectuée cette fois selon un plan de découpe P’ transversal autrement dit orthogonalement, ou sensiblement orthogonalement, à un axe selon lequel la hauteur de la brique 4 est mesurée ou aux plans de découpes utilisés pour former la brique 4 à partir du lingot. Par «sensiblement orthogonalement», on entend typiquement un écart inférieur à 0.5° et de préférence inférieur à 0.2° par rapport à une valeur d’angle de 90°.
Des plaques 40 d’épaisseur e comprise par exemple entre 70 µm et 500 µm, en particulier entre 110 µm et 250 µm sont typiquement réalisées. Des plaques 40 de taille par exemple communément appelée M2 (dimensions dans le plan de 156.75 mm *156.75mm) ou par exemple communément appelée M4 (161.70 mm*161.70 mm) ou de taille par exemple communément appelée M6 (166 mm*166 mm) ou de taille M12 (210 mm*210 mm) peuvent être réalisées.
Les plaques 40 de silicium obtenues sont dotées de faces opposées supérieure 41a et inférieure 41b de forme rectangulaire ou pseudo rectangulaire et de préférence carrée ou pseudo carrée, et comportent des faces latérales 41c dotées d’une orientation cristallographique (110) et reliant entre elles la face supérieure et la face inférieure. Les faces supérieure 41a et inférieure 41b ont alors typiquement une orientation cristallographique (100). Par «pseudo-rectangulaire», on entend qu’à la place d’un angle droit joignant deux faces latérales orthogonales, on peut avoir une portion courbe ou une portion formant un biseau reliant ces faces latérales orthogonales entre elles.
Une plaque 40 de silicium ainsi obtenue peut être prévue pour accueillir ensuite une ou plusieurs cellules solaires ou parties de cellules solaires, par exemple de type à hétérojonction (HET).
On cherche ensuite à diviser cette plaque 40 en plusieurs portions élémentaires distinctes, tout en limitant les pertes de découpe et en évitant de détériorer cette plaque 40.
Pour cela, on réalise au moins une entaille 45 dite «d’amorce», autrement dit une fente à proximité d’un bord de la plaque 40 et qui s’étend dans l’épaisseur e (l’épaisseur e étant une dimension mesurée parallèlement à l’axe k d’un repère orthogonal [O;i;j;k] donné sur la figure 5) de la plaque 40.
L’entaille 45 d’amorce est réalisée de préférence de sorte à s’étendre dans un plan parallèle ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée 41c de la plaque 40 d’orientation cristallographique 110. Par «sensiblement parallèlement», on entend qu’un écart angulaire entre un plan contenant l’entaille 45 et la face latérale donnée 41c est typiquement inférieur à 0.5°, de préférence inférieur à 0.2° et avantageusement inférieur à 0.1°.
L’entaille 45 d’amorce a donc une longueur L (dimension mesurée parallèlement au plan [O;i;j] et en particulier à l’axe i du repère orthogonal [O;i;j;k] et à la face donnée 41c) inférieure et typiquement très inférieure aux dimensions des faces latérales 45c de la plaque, et une profondeur P (dimension mesurée parallèlement au plan [O;i;k], et en particulier à l’axe k du repère orthogonal [O;i;j;k] du repère orthogonal [O;i;j;k]) qui peut être inférieure à l’épaisseur e de la plaque. Cette entaille 45 d’amorce peut être prévue par exemple avec une longueur L comprise par exemple entre 0.2 mm et 2 mm, avantageusement entre 0.5 mm et 1mm. L’entaille 45 d’amorce peut être réalisée avec une profondeur P comprise par exemple entre 30 µm et 60 µm pour une plaque d’épaisseur e totale comprise entre 130 µm et 160µm. De préférence, la profondeur P de l’entaille réalisée est supérieure ou égale à un tiers de l’épaisseur e de la plaque initiale considérée.
L’entaille 45 forme ainsi un départ d’une zone de découpe ou de séparation sur la plaque destinée à être complétée ultérieurement.
On réalise avantageusement cette amorce au moyen d’un laser LA. Un laser LA de longueur d’onde située typiquement dans le domaine infra-rouge et par exemple de l’ordre de 1024nm, avec une intensité comprise par exemple entre 23A et 27A et une fréquence par exemple entre 1 kHz et 20 kHz peut être en particulier utilisé.
Une vitesse de balayage de l’ordre par exemple de 20mm.s peut être typiquement employée.
L’utilisation d’un laser pour réaliser cette entaille 45 d’amorce permet notamment d’obtenir un positionnement précis et d’effectuer rapidement cette amorce.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la figure 5, le laser LA est dirigé vers une face latérale 41d de la plaque 40, de sorte à pratiquer cette entaille 45 par cette face latérale 41d autrement dit à travers cette face latérale 41d. L’entaille 45 s’étend alors parallèlement à une autre face latérale 41c d’orientation cristallographique (110). On réalise dans ce cas cette amorce sans nécessairement exposer une face supérieure (ou inférieure) et donc sans risque de détériorer une zone dédiée à accueillir un élément de cellule solaire et que l’on réalise généralement sur cette face supérieure 41a (ou inférieure 41b). Une entaille 45 pratiquée en visant une face latérale a également pour avantage de pouvoir réaliser cette entaille tandis que la face inférieure 41b et/ou supérieure 41a est masquée par, ou se situe sur un autre objet, en particulier une autre plaque ou un support.
Une variante de réalisation illustrée sur la figure 6, prévoit cette fois un laser LA dirigé vers une face supérieure 41a de la plaque 40, de sorte à pratiquer cette entaille 45 par la face supérieure 41a de la plaque 40. On peut en variante pratiquer une entaille 45 par la face inférieure 41b de la plaque 40.
On peut également pratiquer une entaille 45 par une face latérale puis poursuivre par la face inférieure 41b ou supérieure de la plaque 40.
Selon une autre variante on peut pratiquer une entaille 45 par une face latérale puis poursuivre sur la face supérieure ou sur la face inférieure.
Il est également possible d’effectuer cette entaille 45 d’amorce au moyen d’un outil de découpe, en particulier un outil doté d’au moins une pointe tel que par exemple une pointe en diamant.
L’entaille 45 d’amorce peut être pratiquée sur une plaque «nue», obtenue directement après l’étape décrite précédemment en lien avec la figure 4 de découpe de la brique 4.
En variante, on peut également effectuer cette entaille 45 tandis qu’une ou plusieurs étapes technologiques de réalisation d’une cellule solaire ou d’une partie de cellule solaire ont déjà été effectuées.
Parmi ces étapes technologiques peuvent figurer une ou plusieurs voire toutes les étapes suivantes:
- au moins une étape de texturation de surface,
- au moins une étape de dopage en particulier par diffusion par exemple de Bore sur les faces inférieure et supérieur de la plaque,
- au moins une étape de gravure en face arrière,
- au moins une étape d’ajout d’une couche barrière en face avant afin d’empêcher un ajout de dopants lors d’une autre étape de diffusion en face arrière,
- au moins une étape de dopage en face arrière en particulier par diffusion par exemple de Phosphore,
- au moins une gravure de couche(s) barrière de diffusion ainsi que de couches créées pendant la diffusion du phosphore,
- au moins une étape de formation d’au moins une couche de passivation,
- au moins une étape de formation d’une ou plusieurs couches antireflets,
- au moins une étape de formation de contacts métalliques par exemple par sérigraphie. Des contacts en face avant et en face arrière peuvent être par exemple réalisés pour certains types de cellules. En variante on peut prévoir de former des contacts en face avant et une couche métallique continue sur l’ensemble de la face arrière.
- au moins une étape de texturation de surface,
- au moins une étape de dopage en particulier par diffusion par exemple de Bore sur les faces inférieure et supérieur de la plaque,
- au moins une étape de gravure en face arrière,
- au moins une étape d’ajout d’une couche barrière en face avant afin d’empêcher un ajout de dopants lors d’une autre étape de diffusion en face arrière,
- au moins une étape de dopage en face arrière en particulier par diffusion par exemple de Phosphore,
- au moins une gravure de couche(s) barrière de diffusion ainsi que de couches créées pendant la diffusion du phosphore,
- au moins une étape de formation d’au moins une couche de passivation,
- au moins une étape de formation d’une ou plusieurs couches antireflets,
- au moins une étape de formation de contacts métalliques par exemple par sérigraphie. Des contacts en face avant et en face arrière peuvent être par exemple réalisés pour certains types de cellules. En variante on peut prévoir de former des contacts en face avant et une couche métallique continue sur l’ensemble de la face arrière.
Dans le cas où l’on réalise une cellule à hétérojonction, on réalise typiquement l’entaille par exemple après une étape de dépôt d’une couche telle qu’une couche de silicium amorphe servant à réaliser l’hétérojonction. L’entaille peut être réalisée également avant passivation, en particulier avant formation d’une couche de passivation de la face avant et/ou de la face arrière ou avant passivation d’une face révélée par cette entaille.
Un exemple de réalisation d’une étape ultérieure de clivage en se servant de l’amorce 45 visant à diviser la plaque 40 en plusieurs portions distinctes et séparées est illustrée de manière schématique sur la figure 7.
Dans cet exemple, la plaque 40 est disposée sur un support 60 de clivage. Une région 411 de la face inférieure 41b (ou supérieure 41a) de la plaque se trouve en appui sur le support 60, tandis qu’une autre région 412 de cette même face 41b (ou 41a) est suspendue, sans être en appui sur ce support 60 ou sur un autre support. On dispose alors l’entaille 45 de préférence de sorte qu’un plan Pe orthogonal à la plaque 40 et passant par cette entaille 45, se trouve à proximité d’une extrémité 61 du support 60 et au niveau de la région 412 suspendue. Une force F de direction qui réalise un angle non nul avec la face supérieure 41a ou inférieure 41b de la plaque 40 et de préférence verticale est appliquée sur une partie de la plaque 40 qui est suspendue et qui n’est pas en appui sur le support 60 ou sur un autre support. De l’application de la force F, il résulte la propagation d’une zone de clivage à partir de l’entaille 45 et dans une direction parallèle ou sensiblement parallèle aux faces latérales 41c d’orientation cristallographique 110. Une séparation entre des portions 40a et 40b de la plaque 40 est ainsi mise en œuvre (figure 12). Ces portions 40a, 40b sont typiquement prévues pour former chacune une demi-cellule solaire. Ces portions 40a, 40b sont destinées à être assemblées pour former un module photovoltaïque.
Une autre manière de réaliser le clivage est illustrée de manière schématique sur la figure 8. Dans cet exemple, la plaque 40 comporte cette fois une région 411a disposée en appui sur un support 60 de clivage et une autre région 411b qui se trouve en appui sur un autre support 160 ou sur une autre partie 160 d’un support de clivage.
L’entaille 45 est disposée de préférence de sorte qu’un plan Pe orthogonal à la plaque 40 et passant par cette entaille 45, se situe entre les supports 60 160 et ne passe par aucun de ces supports 60, 160. Une région 413 suspendue de la plaque située entre les supports 60, 160 comporte ainsi l’entaille 45 de clivage. Là encore, on applique une force F, cette fois de préférence au niveau ou à proximité de l’entaille 45 et de préférence orthogonalement à la face supérieure 41a ou inférieure de la plaque 40 sur une partie de la plaque 40 qui se trouve suspendue entre les supports 60, 160.
Une autre variante de clivage est illustrée sur la figure 9. Elle prévoit d’effectuer la séparation cette fois à l’aide d’un élément percuteur 170 qui agit par inertie et que l’on fait entrer en collision avec une zone de la plaque de préférence sur l’entaille 45 ou au niveau de l’entaille 45 ou à proximité de l’entaille 45. Avantageusement, on prévoit que l’élément percuteur 170 est mis en collision avec une face latérale 41d de la plaque 40. Là encore, cela permet de ne pas venir prendre appui sur une zone sensible de de la plaque 40 située sur la face supérieure ou inférieure, par exemple sur un élément constitutif d’une cellule solaire déjà formé sur la plaque.
L’élément percuteur 170 illustré comporte un embout 171 plat. D’autres formes d’embout, en particulier une forme arrondie ou anguleuse peuvent être employées.
Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 10, l’élément percuteur 170 est cette fois soumis à la gravité et mis en en collision avec une face latérale 41d de la plaque 40, la plaque 40 étant orientée verticalement. On fait ainsi chuter l’élément 170 pour qu’il vienne percuter la plaque 40 au niveau de l’entaille 45 d’amorce et créer un choc permettant de provoquer la division.
Une énergie supérieure à 15 mJ peut être mise en œuvre afin de réaliser un clivage sur une plaque 40 d’épaisseur par exemple de l’ordre de 180 µm.
D’autres méthodes de clivages peuvent être prévues. Par exemple, dans un exemple de réalisation illustré sur la figure 11,la plaque 40 est positionnée au bord d’une structure 160 de support telle qu’un plateau et a une partie en regard du plateau qui est maintenue fixe par un système de maintien telle qu’une presse 260. Un bord du plateau 160 se trouve aligné avec un plan passant par l’entaille 45 d’amorce. Une contrainte est ensuite appliquée à une portion 40b de la plaque 40 qui dépasse du plateau et de la presse de sorte à déplacer cette portion 40b en rotation par rapport à un axe parallèle au plateau et à l’entaille de clivage jusqu’à réaliser une séparation de la portion 40b.
Une fois séparées, au moins une des portions 40a, 40b de la plaque 40 peut être soumise à une ou plusieurs étapes technologiques de réalisation de cellule solaire voire à toutes les étapes technologiques de réalisation de cellule solaire, en particulier telles qu’évoquées précédemment. Ces étapes technologiques décrites précédemment peuvent également avoir déjà été effectuées lorsque l’on effectue le clivage.
Dans le cas notamment où ces étapes technologiques décrites précédemment ont déjà été effectuées lorsque l’on effectue le clivage, les portions 40a, 40b obtenues à l’issue du clivage peuvent être ensuite passivées au niveau la face ou tranche mise à nue par le clivage. Une telle passivation est typiquement effectuée par dépôt de matériau diélectrique tel que par exemple du SiNxou du AlOxdéposé par exemple par PECVD pour («Plasma-enhanced chemical vapor deposition»,i.e. Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma).
Au moins une des portions 40a, 40b de plaque obtenue par clivage peut être directement assemblée avec une autre portion de plaque afin de constituer un assemblage de demi-cellules solaires.
Dans l’exemple de réalisation particulier de la figure 13, les portions 40a, 40b issues du clivage de la plaque 40 sont ensuite assemblés selon un agencement particulier où une portion 40a de plaque est juxtaposée à une autre portion 40b, ces deux portions 40a, 40b étant ensuite connectée entres elles par l’intermédiaire d’un élément conducteur prenant par exemple la formant d’un ruban conducteur 151.
Dans l’exemple de réalisation particulier de la figure 14, les portions 40a, 40b issues du clivage de la plaque 40 sont ensuite assemblés selon un agencement particulier de type «shingle», autrement dit où une portion 40a de plaque est en contact et chevauche une autre portion 40b. L’autre portion 40b peut être avantageusement reliée à la portion 40a par l’intermédiaire d’une colle conductrice 152. Dans l’autre exemple d’assemblage de la figure 15, la plaque 40b recouvre également partiellement la plaque 40a. ’interconnexion peut être cette fois réalisée à l’aide d’une structure de type SWCT («SmartWire Connection Technology»ou technologie de connexion « Smartwire ») ou d’un élément qui s’étend sur une face supérieure de la plaque 40a ainsi que sur une face inférieure de l’autre plaque 40b qui recouvre partiellement la face supérieure de la plaque 40a.
Un clivage de la plaque 40 en k (avec k>2) sous portions peut être envisagé, en particulier dans le cas où l’on souhaite réaliser une architecture shingle.
Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 16, on peut réaliser l’entaille 45 d’amorce sur une face latérale 41d une cellule 40’ formée à partir d’une plaque 40 de silicium ayant déjà subi des étapes technologiques de fabrication de cellule solaire évoquées précédemment et qui est en particulier déjà dotée de pistes conductrices 47 de contact sur sa face inférieure et/ou sur sa face supérieure.
Un mode de réalisation avantageux prévoit de réaliser une entaille 45 d’amorce sur une pluralité de plaques et en particulier sur chacune des plaques 40 d’un groupe de plaques avantageusement disposées de sorte que leurs faces latérales 41d sont juxtaposées ou superposées.
La figure 17 illustre de manière schématique, le parcours 700 d’un élément tel qu’un laser LA pour réaliser des entailles 45 d’amorce alignées sur des faces latérales 41d alignées d’un groupe 48 de plaques 40. On peut ainsi réaliser rapidement k (k>1) entailles 45 d’amorce sur k plaques 40. Cela peut permettre d’adapter une telle étape de réalisation d’amorces à un processus de fabrication industriel.
On peut également réaliser l’étape de séparation ou clivage en faisant entrer en collision un élément (non représenté) avec un autre élément mis en contact avec une plaque ou un ensemble de plaques. Dans l’exemple de réalisation illustré sur la figure 18, un élément est mis en collision avec un autre élément270disposé en contact avec plusieurs plaques 40 d’un groupe 48 de plaques 40. Le choc ainsi créé de manière concomitante sur chacune des faces latérales 41d respectives des plaques 40 permet d’effectuer le clivage sur un groupe 48 de plusieurs plaques 40.
Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 19, au moins deux plaques 40 sont cette fois empilées et soumises au traitement, en particulier par laser, permettant de réaliser une entaille d’amorce sur chacune de ces plaques. On peut ainsi réaliser rapidement k séparations sur k plaques 40 distinctes d’un empilement 49. Cela peut permettre d’adapter une telle étape de clivage à un processus de fabrication industriel.
Le procédé de clivage n’est pas limité à une séparation en deux portions d’une plaque et à la réalisation d’une seule entaille 45 d’amorce par plaque. Dans l’exemple de réalisation de la figure 20, où des plaques 40 sont superposées de sorte à former un empilement 49, on réalise plusieurs entailles 45 d’amorce au niveau d’une même face latérale 41d, afin de diviser chaque plaque 40 en un nombre de portions supérieur à 2. Les entailles 45 sont dans ce cas également de préférence orientées dans des directions respectives parallèles entre elles et parallèles à une face latérale des plaques 40 d’orientation (110). Le nombre de lignes de clivage réalisées sur un bord latéral d’un empilement ou sur une face latérale d’une plaque dépend du nombre n de sous-cellules désirées. Une méthode de clivage telle que décrite précédemment peut être ensuite appliquée à l’empilement de plaques. En variante, pour effectuer ce clivage, les plaques peuvent être maintenues par un système de maintien horizontal des bords latéraux de l’empilement et reposent sur des barreaux de clivage dont la longueur correspond à celle d’une plaque et que l’on déplace en translation, en particulier que l’on élève pour effectuer le clivage.
Un procédé de clivage a été décrit précédemment en se servant comme matériau de départ d’un lingot. On peut prévoir en variante de partir directement d’une brique obtenue après découpe du lingot, ou bien selon une autre variante, de partir directement d’une plaque obtenue après découpe de la brique et à laquelle on applique un procédé de clivage décrit précédemment. Une autre variante prévoit de partir directement d’une plaque sur laquelle une ou plusieurs cellules ou portions de cellules solaires ont été au moins partiellement réalisées. Autrement dit, on peut réaliser l’amorce et la division sur des plaques ayant déjà subi une ou plusieurs voire toutes les étapes technologiques de réalisation de cellule solaire.
Un procédé de clivage tel que décrit précédemment s’applique tout particulièrement à des technologies de cellules solaire réalisées à basse température telles que les cellules à hétérojonction (HET) et pour lesquelles une découpe laser de la plaque risque de créer des dommages.
Un procédé de clivage tel que décrit précédemment s’applique également tout particulièrement à la mise en œuvre d’assemblage de type «half-cell» ou «shingle» dans lesquelles des portions de plaques issues d’une découpe sont agencées de sorte à être mises en connexion électrique.
Claims (13)
- Procédé de fabrication d’un support en silicium notamment pour cellule solaire, comprenant:
- A) Prévoir une plaque (40) de silicium dotée d’une face (41a) supérieure, d’une face (41b) inférieure opposée à la face supérieure suivant une orientation cristalline ‘(100)’ et de faces latérales (41c) suivant une orientation cristalline ‘(110)’ qui relient entre elles ladite face supérieure et ladite face inférieure,
- B) Réalisation d’au moins une entaille (45) dans ladite plaque (40), ladite entaille (45) formée s’étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face latérale donnée (41c) parmi desdites faces latérales, ladite entaille étant formée à travers une autre face latérale (41d) qui est orthogonale à ladite face latérale donnée (41c) de la plaque et/ou à travers d’une face donnée parmi ladite face supérieure et ladite face inférieure (41d);
- C) Effectuer une action mécanique sur la plaque (40), telle que l’application d’une force ou une mise en collision avec un élément percuteur, de sorte à réaliser un clivage dans la prolongation de ladite entaille (45) et effectuer une séparation de la plaque (40) en une première portion (40a) et au moins une deuxième portion (40b) distincte de la première portion. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’entaille (45) est réalisée à l’aide d’un laser (LA).
- Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel l’entaille (45) a une profondeur P au moins égale à 1/3 d’une épaisseur e de la plaque, e et P étant des dimensions mesurées entre ladite face supérieure et ladite face inférieure.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’entaille (45) est pratiquée sur ladite autre face latérale (41d) de la plaque (40).
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel à l’étape B) la plaque (40) est disposée dans un groupe (48) ou un empilement (49) de plusieurs plaques (40), au moins une autre entaille étant pratiquée sur au moins une face latérale d’au moins une autre plaque dudit groupe (48) ou dudit empilement (49).
- Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite action mécanique effectuée à l’étape C) est une mise en collision au moyen d’un élément percuteur (170) et est appliquée sur ledit groupe (48) ou sur ledit empilement (49) ou sur un autre groupe de plusieurs plaques ou sur un autre empilement de plusieurs plaques.
- Procédé selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel ladite entaille (45) et ladite autre entaille sont formées par une exposition d’un bord latéral dudit empilement à un laser.
- Procédé de fabrication d’un module solaire comprenant la fabrication d’un support en silicium selon l’une des revendications 1 à 7, puis un assemblage en module solaire de la première portion (40a) avec une autre portion de silicium ou avec ladite deuxième portion (40b).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel ladite plaque (40) est une plaque rectangulaire ou pseudo-rectangulaire issue du découpage d’un lingot (2) de silicium cylindrique obtenu par tirage d’un germe (100) et qui comprend après ce tirage des marques s’étendant sur des zones latérales du lingot (2), le procédé comprenant en outre des étapes consistant à:
- identifier un plan donné d’orientation cristalline (100) à partir desdites marques puis,
- réaliser des découpes à 45° ou sensiblement à 45° de ce plan donné pour former une brique (3) dotée de faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’,
- découper la brique (3) en plusieurs plaques (40) dotées de faces supérieures et inférieures d’orientation cristalline ‘(100)’ et de faces latérales d’orientation cristalline ‘(110)’. - Procédé de fabrication selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel préalablement à l’étape B), une cellule solaire ou une portion de cellule solaire est au moins partiellement réalisée sur ladite plaque (40).
- Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel préalablement à l’étape B), une étape de formation d’éléments métalliques, en particulier des contacts métalliques, est réalisée sur ladite plaque (40).
- Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel l’étape étape B) est réalisée après une étape de dépôt d’une couche de silicium amorphe sur ladite plaque (40) et avant la réalisation d’une couche de passivation.
- Procédé de fabrication d’une cellule solaire à hétérojonction comprenant la mise en œuvre d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 7.
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