WO2016041986A1 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent avec trou traversant - Google Patents

Dispositif photovoltaïque semi-transparent avec trou traversant Download PDF

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WO2016041986A1
WO2016041986A1 PCT/EP2015/071131 EP2015071131W WO2016041986A1 WO 2016041986 A1 WO2016041986 A1 WO 2016041986A1 EP 2015071131 W EP2015071131 W EP 2015071131W WO 2016041986 A1 WO2016041986 A1 WO 2016041986A1
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WO
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layer
forming
stack
holes
layers
Prior art date
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PCT/EP2015/071131
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English (en)
Inventor
Frédéric Roux
Pascal Faucherand
Philippe Pantigny
Simon Perraud
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
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    • H01L31/0468—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising specific means for obtaining partial light transmission through the module, e.g. partially transparent thin film solar modules for windows
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to the field of producing photovoltaic cells in thin films that are semitransparent to the solar spectrum.
  • the subject of the invention is more particularly a photovoltaic device comprising a substrate, in particular transparent in all or part of the solar spectrum, and a stack of thin layers formed on the substrate and comprising at least a first layer of electrically conductive material forming a rear electrode. , a second photo-absorbing layer in the solar spectrum and a third layer of electrically conductive material forming a front electrode.
  • It also relates to a method of manufacturing such a photovoltaic device.
  • a solar cell illuminated by the sun is capable of supplying an open-circuit voltage which is typically of the order of 0.5 to 1 V.
  • an electric current of several tens of mA can be obtained.
  • the electrical power thus provided may be sufficient to power small electrical devices consuming little power.
  • a module with a surface area of 1 m 2 lit by the sun provides a power of about 100 W.
  • These modules can be installed to serve as a power plant in highly sunny areas. Placed directly on the roof, they can also be used to power a domestic or industrial installation.
  • the photovoltaic module can be taken directly as a building material for a roof or facade: it is called “Building Integrated Photovoltaics" or “BIPV” and this market presents a strong development potential.
  • the aesthetic aspect is an important criterion and one can look for different effects, such as color or semi-transparency to the solar spectrum.
  • CGS generally abbreviation for a compound of Cu, In, Ga, Se and S
  • CGS generally abbreviation for a compound of Cu, In, Ga, Se and S
  • it has a uniform black appearance that integrates well into the building and can be deposited in thin layers (with a thickness in a range of values between 0.5 and 5 ⁇ ) on many flexible or rigid substrates such as glass, steel or steel.
  • polymers Other materials may also be deposited in thin layers such as "CZTS” (general abbreviation for a compound of Cu, Zn, Sn, Se, S), hydrogenated amorphous silicon, hydrogenated microcrystalline silicon or cadmium tellurium " CdTe ".
  • a thin-film solar cell is generally composed of a substrate, a layer forming an electrode on the back, a layer of light-absorbing material in the solar spectrum, a possible buffer layer and a layer forming an electrode on the front face.
  • the front face electrode and / or the back face electrode is transparent in the solar spectrum.
  • a photovoltaic device comprises such layers organized and configured so that a plurality of such cells electrically connected in series with each other.
  • the most widespread structure is composed of a glass substrate having a thickness for example of 3 mm and a stack of thin layers comprising a first layer of molybdenum Mo, forming a rear electrode, whose thickness is for example 1 ⁇ , a second layer of CIGS whose thickness is for example 1.5 ⁇ , a CdS buffer layer whose thickness is for example 50 nm and a third layer zinc doped aluminum oxide whose thickness is for example of the order of 500 nm and forming a front electrode.
  • a glass substrate having a thickness for example of 3 mm and a stack of thin layers comprising a first layer of molybdenum Mo, forming a rear electrode, whose thickness is for example 1 ⁇ , a second layer of CIGS whose thickness is for example 1.5 ⁇ , a CdS buffer layer whose thickness is for example 50 nm and a third layer zinc doped aluminum oxide whose thickness is for example of the order of 500 nm and forming a front electrode.
  • deposit methods and materials that
  • the document US2010 / 0126559 describes a photovoltaic module of superstrate type, in which the substrate and the rear electrode are transparent. An opening is obtained during an etching step corresponding to an electrical isolation step used in the serialization of several cells by monolithic interconnection for the realization of a module.
  • This opening is made through the light absorbing layer and the front electrode.
  • This width can for example vary between 5 and 10% of the width of a photovoltaic cell.
  • the photovoltaic module obtained can transmit between about 5 and 50% of the incident light.
  • this solution has disadvantages.
  • the openings made in the photovoltaic module are in the form of lines. They are then relatively visible to the eye and do not allow a uniform transmission of light.
  • Document GB-A1 -2472608 proposes to produce a semi-transparent photovoltaic cell from a stack comprising a transparent substrate, a transparent back electrode, an opaque light-absorbing layer and an opaque front electrode. Small holes are formed through the front electrode and the photoactive layer so as to allow transmission of light through these two layers via these holes obtained by wet etching. Thus, an etching liquid is deposited on the surface of the photovoltaic cells by means of an ink jet head so as to allow localized etching.
  • Figures 1 to 3 relate to a known solution in which holes are made by a method called "lift-off".
  • the process begins with the deposition of an ink or resin on a substrate 1 of soda-lime glass 3 mm thick.
  • the ink is deposited by ink jet in the form of pads 2 200 ⁇ spaced 400 ⁇ ( Figure 1).
  • a layer 3 of molybdenum is then deposited over a thickness of 450 nm by sputtering.
  • a photosabsorbent layer 4 of CIGS is formed by a sequential method: first Cu, In, Ga precursors are deposited by cathodic sputtering, then a thin layer of Si is deposited, then a rapid annealing under a protective atmosphere.
  • the layer 4 of CIGS formed thus has a thickness of approximately 1.5 ⁇ .
  • a buffer layer of 50 nm CdS is then deposited by chemical bath, then a 50 nm layer of ZnO and a 400 nm layer of ZnO doped with aluminum are deposited by sputtering.
  • the use of the ZnO layer is optional.
  • the stack of the ZnO layer and Al doped ZnO is marked 6.
  • the ZnO layer doped with aluminum is known under the name "TCO" for "Transparent Conductive Oxide". The structure obtained is shown in FIG. 2.
  • the structure is immersed during 2 minutes in a solvent chosen according to the nature of the ink deposited by ink jet, in an ultrasonic bath, and then dried under a stream of nitrogen.
  • This treatment has the effect of removing all the material from the layers
  • FIG. 1 An example of a photovoltaic device obtained by this method is shown in FIG.
  • the layer 5 and the layer 6 are represented by a single and only identified layer 8.
  • the object of the present invention is to provide a photovoltaic solution that overcomes the disadvantages listed above.
  • an object of the invention is to provide a photovoltaic device and its manufacturing method that allow:
  • a photovoltaic device comprising a substrate, in particular transparent in all or part of the solar spectrum, and a stack of layers formed on the substrate and comprising at least a first layer of electrically conductive material forming a back electrode, a second photo-absorbing layer in the solar spectrum and a third layer of electrically conductive material forming a front electrode, the stack comprising a plurality of individual holes each passing through the first, second and third layers to open onto the substrate and each having an inner wall delimited at the first layer, in the plane of the first layer and over the entire thickness of the first layer, by the material of the second layer.
  • the value of the material thickness of the second layer in the plane of the first layer is between 5 and 450 ⁇ , preferably between 5 and 200 ⁇ .
  • the holes are distributed in such a way that the ratio between, on the one hand, the perforated surface of the stack, corresponding to the sum of the surfaces of the holes of the plurality, and, on the other hand, the total area of the stacking in the main plane of the stack, is between 1% and 99%.
  • each hole is spaced from the nearest adjacent hole, in the main plane of the stack, by a distance of between 200 and 1000 ⁇ .
  • the holes may be distributed in the main plane of the stack according to a periodic tiling at the vertices of a basic pattern having the shape of a polygon such as a square or a hexagon.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a photovoltaic device comprising a step of providing a substrate, in particular transparent in all or part of the solar spectrum, and a step of forming a stack of thin layers on the substrate and having a first layer of electrically conductive material forming a back electrode, a second photo-absorbing layer in the solar spectrum, a third layer of electrically conductive material forming a front electrode, and a plurality of individual holes each passing through the first, second and third layer each having an inner wall delimited at the first layer, in the plane of the first layer and over the entire thickness of the first layer, by the material of the second layer.
  • the step of forming the stack may include:
  • a step of forming the first layer on the substrate a step of forming a plurality of individual through apertures in the first layer where each aperture passes through the first layer
  • the step of forming the plurality of openings can be performed before the step of forming the plurality of holes.
  • the dimensions of each opening in the main plane of the stack are strictly greater than the dimensions of each hole in the main plane of the stack.
  • each hole in the main plane of the stack is preferably between 10 and 500 ⁇ .
  • each opening in the main plane of the stack is preferably between 20 and 1000 ⁇ .
  • the step of forming the plurality of openings may comprise a first step of chemical, mechanical or laser etching of the first layer.
  • the step of forming the plurality of apertures comprises a first lift-off step performed through the first layer only at areas of the first layer coinciding with the locations of the openings to be formed.
  • the method may comprise a step of forming a plurality of first pads of a first resin on the substrate at the locations of the openings to be formed, and after the step for forming the first layer, the method may comprise a step of applying a first solvent to the first layer, the first resin-first solvent pair being chosen so that said application step removes the first pads and the zones. of the first layer located above the first pads.
  • the step of forming the plurality of holes may comprise a second step of chemical, mechanical or laser etching of the second and third layers.
  • the step of forming the plurality of holes may comprise a second lift-off step performed through the second layer and the third layer, only at the level of zones of the stack coinciding with the locations of the holes to be formed.
  • the method may comprise a step of forming a plurality of second pads of a second resin on the substrate at the locations of the holes to be formed, each second pad being formed in the center of a corresponding opening previously formed, and subsequent to the step of forming the second and third layers, the method may comprise a step of applying a second solvent on the stack, the second pair of resin-second solvent being chosen so that said application step removes the second pads and the areas of the second and third layers above the second pads.
  • the step of forming the second layer on the first layer may comprise a step of depositing at least one layer of compounds able to form, by crystallization annealing, the photo-absorbing material of the second layer, then a step of crystallization annealing of said compounds in order to finalize the second layer and the step of forming the plurality of holes may comprise a second lift-off step, implemented between the step of depositing said at least one layer of compounds and the crystallization annealing step, and carried out through said compound layers only at areas of the stack coinciding with the locations of the holes to be formed.
  • the method may comprise a step of forming a plurality of second pads of a second resin on the substrate at the locations of the holes to be formed, each second pad being formed in the center of a corresponding opening previously formed, and after the deposition step of said at least one layer of compounds and before the crystallization annealing step, the method may comprise a step of applying a second solvent on the stack, the pair second resin-second solvent being chosen so that said application step removes the second pads and the areas of said at least one layer of compounds located above the second pads.
  • each first pad its dimensions in the main plane of the stack, preferably between 20 and 1000 ⁇ , are preferably strictly greater than the dimensions, in said main plane, of the second stud formed in the center of the opening corresponding to said first pad, preferably between 10 and 500 ⁇ .
  • FIGS. 1 to 3 already described, illustrate various successive phases of a manufacturing method according to the prior art
  • FIGS. 4A to 4D already described, illustrate the phenomenon of formation of short circuits between the front and rear electrodes;
  • FIGS. 5 to 9 illustrate the different phases of a first exemplary method of manufacturing a photovoltaic device; according to the invention.
  • FIGS. 10 to 13 illustrate different phases of a second exemplary method of manufacturing a photovoltaic device according to the invention
  • FIGS. 14 and 15 illustrate different phases of a third exemplary method of manufacturing a photovoltaic device according to the invention. Description of preferred modes of the invention
  • a photovoltaic device comprising on the one hand a substrate 10, on the other hand a stack of thin layers formed on the substrate 10 and comprising at least: a first layer 30 formed in an electrically conductive material and constituting a rear electrode, also called an electrode on the rear face,
  • a second photo-absorbing or photo-active layer 40 in the solar spectrum intended to absorb all or part of the incident solar radiation on the front or upper face of the stack
  • the invention also relates to a method of manufacturing such a photovoltaic device, various embodiments being detailed below.
  • the substrate 10 is in particular of the type having transparency characteristics along its thickness in all or part of the solar spectrum.
  • sandwich layer it is understood that the thickness of each of the layers preferably varies from a few atomic layers to about ten micrometers.
  • the substrate 10 which is preferably transparent to light in all or part of the spectrum, is for example formed of glass, for example a soda-lime glass with a thickness of between 0.5 and 5 mm, and typically of 3 mm which is a standard thickness in the photovoltaic field. More generally, the substrate 10 may be formed of any other material such as an organic material, a plastic or polymer-based material, of treated glass, for example frosted glass, tinted.
  • the notion of transparency of the substrate 10 refers to what a human eye can perceive wavelengths present in the solar spectrum: it is therefore wavelengths between 250 nm and 850 nm.
  • the transparency of the substrate 10 is particularly advantageous in the particularly targeted application where the photovoltaic device is intended to be taken directly as a construction material for a roof or facade, that is to say in the context of a photovoltaic device of type "Building Integrated Photovoltaics" or "BIPV".
  • the substrate 10 is not transparent according to its thickness, being then for example formed in a metallic material, a construction material, by example in concrete, composite material, etc., possibly covered with a layer of paint and / or protection.
  • a first example of a photovoltaic device allows an observer located on the side of the substrate (especially located inside a building) to receive the light that reaches him on the front side of the photovoltaic device (especially from outside the building).
  • the photovoltaic device can serve as a demonstration showcase for example: in this case the observer located on the front side of the photovoltaic device observes an object located at the rear of the substrate.
  • the substrate may itself have functions other than the light transmission function. It could be functionalized by covering it with a printed image or carried on a second substrate; it could still, by a suitable device, have a backlight.
  • the first layer 30 preferably has both ohmic properties to ensure optimum recovery of the charges emitted by the second layer 40 but also optical properties to ensure reflection towards the second layer 40 of the light spectrum portion not absorbed in direct transmission.
  • the first layer 30 is in particular of metal type, for example Molybdenum Mo.
  • the thickness noted “h" of the first layer 30 is preferably between 100 nm and 2 ⁇ , typically 1 ⁇ . It is deposited by any method, for example by a vacuum technique by sputtering or evaporation.
  • the first layer 30 may however comprise other materials such as chromium Cr and / or tungsten W and / or Manganese Mn and / or Tantalum Ta and / or Niobium Nb and / or Titanium Ti.
  • the second layer 40 is disposed, directly or indirectly, between the first layer 30 and the third layer 60 in the direction D. It is preferably made of inorganic semiconductor materials of type II l l-VI. In particular but not exclusively, the material in which the second layer 40 is formed comprises a compound of Cu, In, Ga, Se and S, known under the name "CIGS".
  • the CIGS layer formed has, for example, a thickness of approximately 1.5 ⁇ .
  • Other materials may be envisaged for the second layer 40, such as CdTe, hydrogenated amorphous silicon, hydrogenated microcrystalline silicon or any compound based on copper, zinc, tin, sulfur and selenium.
  • the third layer 60 may be formed by a double layer composed of a ZnO layer having for example a thickness of 50 nm and a layer of ZnO doped with group II elements such as aluminum, for example having a thickness of 400 nm. These two layers are deposited for example by sputtering.
  • the ZnO layer doped with aluminum is known under the name "TCO” for "Transparent Conductive Oxide".
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • the use of the ZnO layer is however optional. This layer may be omitted in the case where the buffer layer 50 is in CdS, or replaced by a layer of Zn ( i- X) Mg x O when the buffer layer 50 is Zn (O, H) S.
  • transparent and conductive electrodes based on metal nanowires (Ag or Cu in particular), graphene, or other transparent conductive oxides such as indium tin oxide ( ITO) or fluorine-doped tin oxide (SnO 2 : F) can be used.
  • ITO indium tin oxide
  • SnO 2 : F fluorine-doped tin oxide
  • a buffer layer 50 or "buffer” may be disposed between the third layer 60 and the second layer 40 depending on the thickness of the stack. It can be formed in a material comprising CdS cadmium sulphide.
  • the CdS layer may be replaced by any other suitable material such as, for example, Zn (O, H) S or In 2 S 3 .
  • a heterojunction is formed between the second layer 40 and the layer 50 of CdS.
  • the CIGS of the second layer 40 has a p-type doping originating from intrinsic defects, whereas the ZnO is n-type thanks to the incorporation of aluminum for example.
  • the stack comprises a plurality of individual holes 72 (FIG. 9) each passing through the first, second and third layers 30, 40, 60 (or even the buffer layer 50 when it is present) to open towards the substrate 10.
  • Each hole opens freely towards the outside of the stack on the opposite side of the substrate 10 to allow part of the light spectrum incident on the third layer 60 to penetrate the holes 72.
  • This makes it possible to confer on the stack the faculty of allowing the light incident on the photovoltaic device, on the opposite side of the substrate 10, to traverse its thickness at the level of specific zones delimited by these holes 72.
  • Each hole 72 comprises an inner wall delimited at the level of the first layer 30, in the plane of the first layer 30 and over the entire thickness h of the first layer 30, by the maté second layer 40.
  • the inner wall of each hole 72 is delimited, in the plane of the second layer 40 and over the entire thickness of the second layer 40, by the material of the second layer 40.
  • the third layer 60 the inner wall of each hole 72 is delimited, in the plane of the third layer 60 and over the entire thickness of the third layer 60, by the material of the third layer 60.
  • the inner wall of each hole 72 is delimited, in the plane of the buffer layer 50 and over the entire thickness of the buffer layer 50, by the material of the buffer layer 50.
  • a thickness 45 of material of the second layer 40 is interposed between the inner wall of each hole 72 and the first layer 30.
  • each hole 72 and the first layer 30 there is interposition of a thickness 45 of material of the second layer 40, this interposition being made in the plane of the first layer 30 (which is perpendicular to the direction D in which the layers 30, 40, 50, 60 are stacked to form the stack) and over the entire thickness h of the first layer 30.
  • the defined volume by the inner wall of each hole 72 is preferably free of solid material from the first, second and third layers.
  • a transparent polymer such as EVA (for Ethylene-vinyl acetate) can fill the holes 72.
  • the value or dimension denoted "A1" of this thickness 45 of material of the second layer, counted in a plane parallel to the main plane P, is preferably between 5 and 450 ⁇ , preferably between 5 and 200 ⁇ .
  • the holes 72 are distributed in such a way that the ratio between, on the one hand, the perforated surface of the stack, corresponding to the sum of the areas of the holes 72 of the plurality counted in the main plane. P, and secondly the total surface of the stack in the main plane P of the stack, is between 1% and 99%.
  • This ratio corresponds to an opening rate which is a pure geometrical factor that does not depend on the optical properties of the materials. This rate of aperture should not be confused with a transparency or transmission rate which corresponds to the ratio between the total light intensity passing through the device and the incident light intensity on the front panel.
  • the layer 30 is a transparent conductive oxide and / or layer 40 is sufficiently thin (typically less than 500 nm thick).
  • each hole 72 is spaced from the nearest adjacent hole 72, in the main plane P of the stack, by a distance marked "A2" of between 200 and 1000 ⁇ .
  • Each hole 72 has dimensions E2 in the main plane P of the stack between 10 and 500 ⁇ .
  • Each thickness 45 is formed in an opening 71 made beforehand in the first layer 30.
  • Each opening 71 has dimensions E1 in the main plane P of the stack between 20 and 1000 ⁇ .
  • the holes 72 are preferably distributed in the main plane P of the stack according to a periodic tiling at the vertices of a basic pattern having the shape of a polygon such as a square or a hexagon.
  • the holes 72 are unevenly distributed in the main plane P, for example according to a non-periodic tiling, but the visual comfort is likely to be less good. It can also be envisaged that, although positioned at the nodes of a regular network, the sizes of the holes 72 are adjusted in a continuous variation to create an opening gradient which may be of interest in the case of the BIPV: this would allow, for example to produce a totally opaque portion in the upper part of the device, then a continuous gradient of transparency down the device.
  • the holes 72 may all have a constant section in the direction D, for example but not exclusively of circular shape.
  • the overall shape of the section of the holes 72 is generally identical to the general shape of the section of the openings 71. But the realistic case is that the section is neither constant nor perfectly circular.
  • the dimension E2 corresponds to the diameter of the circular section.
  • the opening 71 may also have a circular section and the difference between the radii of the sections of the openings 71 and holes 72 defines the value A1 of the thickness 45.
  • these characteristics are not limiting, in particular as a function of the result of the first and second lift-off steps described below.
  • the method of manufacturing a photovoltaic device generally comprises a step of providing a substrate 10, in particular transparent in all or part of the solar spectrum, and a step of forming a stack of thin layers on the substrate 10 and comprising:
  • the step of forming this stack comprises successively or not:
  • each opening 71 passes through the first layer 30, in particular over the entire thickness of the first layer 30 so as to open towards the substrate 10,
  • the step of forming the second and third layers 40, 60 may provide for the implementation of a step of forming the buffer layer 50 on the second layer 40 previously formed and before the formation of the third layer 60 on the buffer layer 50 thus formed.
  • the step of forming the plurality of holes 72 can be performed after the finalization of the second and third layers.
  • the step of forming the plurality of holes 72 may possibly be performed at least partially before the step of forming the second and third layers.
  • the holes may be formed through the second layer, at the end of its formation, or during its formation when the second lift-off step described below is carried out before the crystallization annealing of the second layer, and before the formation of the third layer 60.
  • the second photoabsorbent layer 40 which is for example made of CIGS may be formed by a sequential process: in a first step precursors of Cu copper, indium In, gallium Ga are deposited for example by cathodic sputtering on the first layer 30 and in the openings 71, then a thin layer of selenium Se is deposited, then a rapid annealing under a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure is carried out in order to crystallize the CIGS.
  • any other method for obtaining the layer 40 may be envisaged.
  • the step of forming the plurality of openings 71 is advantageously performed before the step of forming the plurality of holes 72.
  • each opening 71 in the plane main P of the stack are strictly greater than the dimensions E2 of each hole 72 in the main plane P of the stack. It is the difference between these dimensions E1, E2 and the manner in which each hole 72 is aligned with the corresponding aperture which define the value A1 of the thickness 45 at any point of the inner wall of the hole 72. In particular, as indicated previously, it is the difference of the radii of the sections of the openings 71 and the holes 72 which defines A1. It is recalled that the section of the holes 72 and that of the openings 71 are not necessarily perfectly circular or constant. Openings 71 formed in the first layer 30 may be obtained using any known and appropriate technique.
  • the step of forming the plurality of openings 71 comprises a first step of chemical, mechanical or laser etching of the first layer 30.
  • the plurality formation step aperture 71 includes a first lift-off step made through the first layer 30 only at areas of the first layer 30 coinciding with the locations of the apertures 71 to be formed.
  • This first lift-off step can essentially comprise:
  • lift-off corresponds to a technique well known to those skilled in the art and which can indifferently be replaced by "detachment of material induced by elimination of the underlying material” or “uprising of matter” throughout the present document.
  • This lifting or detachment is locally implemented at the level of only appropriate resin studs previously deposited and located below the material undergoing the action of lifting or detachment.
  • the material of the first layer 30 remains intact outside the zones occupied by the first pads 20. It is the combination of this phenomenon of shrinkage of the first layer 30 above the first pads 20 and this phenomenon. non-removal of material from the first layer outside the first studs which has the effect of forming the openings 71.
  • the dimensions of the first pads 20 are equal to those of the openings 71 which result from the first lift-off stage.
  • the studs 20 have rather in reality a rounded section (even hemispherical) and it is only for simplification that they have been represented by rectangles in FIG. 5.
  • the dimensions of the first studs 20 are between 20 and 1000 ⁇ and they are spaced a distance between 200 and 1000 ⁇ .
  • the first resin may be of the family of methacrylates which are effectively dissolved by weakly polar solvents of the family of ketones.
  • the resin may be constituted by an "IJC 256" ink sold by "Fujifilm” and the first solvent may be acetone.
  • the first resin may also consist of the ink "FW-D001 -OP1" sold by the company "Toyo" and the first solvent may be methyl-ethyl ketone.
  • the first pads 20 are formed, then the first layer 30 is formed, before the first solvent is applied to the stack to create the openings 71.
  • the first pads 20 may be formed for example by an inkjet deposition, screen printing or any ink printing process for making patterns, that is to say, localized deposits.
  • the shape of the pads 20 will generally be hemispherical.
  • FIG. 5 represents the situation following the step of forming the first pads 20 and the step of forming the first layer 30. Areas of the first layer 30 are then removed locally at the first pads 20 by this lift-off technique.
  • the sample can be immersed in the bath of the first solvent, for example acetone, in the presence of ultrasound for a period of between 5 seconds and 10 minutes, typically 2 minutes.
  • FIG. 6 then illustrates the situation following the first lift-off step, the sample then being provided with a plurality of openings 71 whose location and dimensions are directly related to those of the first formed pads. on the sample.
  • the section of the openings 71 has the shape of the section of the first pads 20 resin from which they are derived.
  • the section of the openings 71 is circular in shape if the first resin pad 20 is circular.
  • the thickness of the material of the first layer 30 is constant in practice and it is only by simplification of representation that the thickness of this material above the pads 20 has been represented different from the thickness above the substrate. 10 in Figure 5.
  • An advantage of using the lift-off technique for the formation of the apertures 71 is that this solution is simple and inexpensive and that the edges of the apertures 71 are well defined, without splinters of material, scratch or mark.
  • the step of forming the plurality of holes 72 comprises a second step of chemical, mechanical or laser etching of the second and third layers 30, 40, 60 (and also through the buffer layer 50 when she is here).
  • the step of forming the plurality of holes 72 may comprise a second lift-off step made through the second and third layers 40, 60 (and also through the layer buffer 50 when present) only at areas of the stack coinciding with the locations of the holes 72 to be formed.
  • the second lift-off step is performed separately and after the first lift-off step described above. This second lift-off step can include:
  • the material of the second layer 40, the buffer layer 50 and the third layer 60 remains intact against the areas occupied by the second pads 21. It is the combination of this phenomenon of shrinkage of the layers 40, 50, 60 above the second studs 21 and of this phenomenon of non-removal of material from the layers 40, 50, 60 outside the second studs 21 which has the effect of forming the holes 72.
  • the dimensions of the second studs 21 are equal to those of the holes 72 which result from the second lift-off stage. In general, the second studs 21 have in reality a rounded section and it is only for simplification that they have been represented by rectangles in FIGS. 7 and 8. The dimensions of the second studs 21 are between 10 and 500 ⁇ and they are spaced a distance between 200 and 1000 ⁇ .
  • the second resin-second couple The solvent may consist of any resin-solvent pair whose Hildebrand parameters are close and which can have an annealing temperature of about 500-600 ° C. without major degradation.
  • the second resin may be of the family of methacrylates which are effectively dissolved by weakly polar solvents of the family of ketones.
  • the second resin may consist of an "IJC 256" ink marketed by "Fujifilm” and the second solvent may be acetone.
  • the second resin may also consist of the ink "FW-D001 -OP1" sold by the company "Toyo" and the second solvent may be methyl-ethyl ketone.
  • Each second stud 21 is formed in the center of a corresponding opening 71 previously formed. More specifically, for each first stud 20, its dimensions in the main plane P of the stack, preferably between 20 and 1000 ⁇ , are strictly greater than the dimensions, in the main plane P, of the second stud 21 formed in the center of the opening 71 corresponding to the first pad 20, preferably between 10 and 500 ⁇ . This avoids the creation of fractures in the second layer 40 which otherwise could leave areas where the first layer 30 could be directly short-circuited by the buffer layer 50 and the third layer 60.
  • FIG. 7 represents the situation following the step of forming the second pads 21.
  • Figure 8 shows the situation following the step of forming the second and third layers 40, 60 (and the step of forming the buffer layer 50).
  • Figure 9 illustrates the situation at the end of the second lift-off stage.
  • the second pads 21 are formed, then the second layer 40 is formed, and then the third layer 60 is formed before the second solvent is applied to create the holes 72.
  • the second pads 21 may be formed for example by a deposit of ink-jet type, screen printing or any ink printing process for making patterns, it is ie localized deposits.
  • the shape of the second studs 21 will generally be hemispherical.
  • the layers 40 and 60 are formed.
  • Figure 8 shows this situation. Areas of the layers 40, 50, 60 are then removed locally at the second pads 21 by this lift-off technique.
  • the sample may be immersed in the bath of the second solvent, for example acetone, in the presence of ultrasound for a period of between 5 seconds and 10 minutes, typically 2 minutes.
  • FIG. 9 then illustrates the situation following the second lift-off step, the sample then being provided with a plurality of holes 72 whose location and dimensions are directly related to those of the second pads 21 formed on the sample.
  • the section of the holes 72 has the overall shape of the section of the second resin pads 20 from which they are derived.
  • holes 72 One advantage of using the lift-off technique for forming holes 72 is that this solution is simple and inexpensive and that the edges and inner walls of holes 72 have limited defects compared to other embodiments. holes mentioned above (including mechanical drilling).
  • the step of forming the plurality of holes 73, 74 may possibly be carried out at least partially before the step of finalizing the second layer 40 and the third layer 60.
  • the holes 73, 74 may be formed through the second layer 40, before its formation, when the second lift-off step is performed before the crystallization annealing necessary for the finalization of the second layer 40, and before the depositing the third layer 60 and the buffer layer 50.
  • the step of forming the second layer 40 on the first layer 30 comprises a step of depositing at least one layer 41, 42 of compounds (exemplified above) capable of forming, by crystallization annealing , the photo-absorbing material of the second layer 40, then a step of crystallization annealing of said compounds in order to finalize the second layer 40, then it can be very advantageous to ensure that the step of forming the plurality of holes comprises a second lift-off step, implemented between the step of depositing said at least one layer 41, 42 of compounds and the crystallization annealing step, and carried out through these layers 41, 42 of compounds only at the level of areas of the stack coinciding with the locations of the holes to be formed.
  • the second lift-off step is carried out only through the 41, 42, and this advantageously before the crystallization annealing step necessary for the subsequent finalization of the second layer 40.
  • the method comprises a step of forming a plurality of second pads 21 of a second resin on the substrate 10 at the locations of the holes 73, 74 to be formed, each second pad 21 being formed in the center of a corresponding opening 71 previously formed.
  • the method comprises a step of applying a second solvent on the stack, the second pair resin-second solvent being chosen so that said application step removes the second pads 21 and the zones of said at least one layer 41, 42 of compounds located above the second pads 21.
  • the lift-off step is implemented before the annealing step leading to the formation and finalization of the second layer 40.
  • the first steps of the second exemplary method are strictly identical to those described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • the advantage is that the second studs 21 can here be made using a resin that does not require any keeping high temperature since, as will be explained later, these second pads 21 are removed before the crystallization step of the second layer 40 at high temperature, especially between 500 and 600 ° C, resulting from the annealing step .
  • a layer 41 for example of a copper-gallium alloy, is deposited by cathodic sputtering.
  • target of an alloy of Copper and Gallium is deposited, also by cathodic sputtering of an Indium target.
  • the amounts of the various metals are adjusted, for example so as to set an atomic concentration ratio between the copper concentration and the sum of the concentrations of gallium and ndium between 0.5 and 1, and preferably 0.88 .
  • the thickness of the layer 40 in CIGS that will be obtained after the implementation of an annealing of selenization is between 500 nm and 5 ⁇ , and preferably 1, 4 ⁇ .
  • the elements Copper, Indium, and Gallium can also be provided by other methods than sputtering, such as an electroplating process. It will be appropriate in this case to ensure that the electrolytic medium is not a solvent for the resin of the pads 21.
  • the stack obtained is shown in FIG.
  • the second lift-off stage of the second pads 21 via the second solvent is carried out under conditions identical to those described above with reference to FIG. 9.
  • the layers 41 and 42 located above pads 21 are removed by this lift-off.
  • the characteristics A3 and E3 of these holes 73 in FIG. 11 are identical to A1 and E2 respectively of FIG. 9.
  • the advantage of this example of the method is that all the pads 21 of resin were removed before the crystallization annealing step of the second layer 40 at high temperature.
  • the step of crystallization annealing of the layer 40 is then carried out with reference to FIG. 12, under an atmosphere of selenium at a temperature of between 500 ° C.
  • the selenium may be provided, for example, in the form of metallic selenium vapors, either in the form of H 2 Se gas (or else other volatile compounds based on Selenium).
  • the partially formed stack, which includes the second finalized layer 40, is visible in FIG.
  • It is a semi-transparent photovoltaic device, wherein a passage of light through the holes 74 and the back of the substrate 10 is made.
  • the buffer layer 50 is present at the bottom of the holes 73.
  • the buffer layer 50 may result in a yellowish appearance because of the gap (around 2 , 4 eV) of the CdS. It can be remedied by replacing the CdS by a buffer layer formed in a material having a larger gap. It may be for example materials based on Zn (0, S), as described above and whose gap is 3.4 eV.
  • the deposition steps of the layers 41 and 42 may be followed by a step of depositing a layer 44 of selenium having a thickness of between 100 nm and 10 ⁇ , and preferably 2 ⁇ , provided by evaporation of a metal Selenium source.
  • a layer 44 of selenium having a thickness of between 100 nm and 10 ⁇ , and preferably 2 ⁇ , provided by evaporation of a metal Selenium source.
  • the second lift-off step of the layers 41, 42 and 44 is performed by the same methods as those already used previously and previously described for the layers 41 and 44 in the second embodiment.
  • the result of the second stage of off is shown in Figure 1 5.
  • the second lift-off step is performed before the implementation of the crystallization annealing resulting in the finalization of the second layer 40.
  • the resin used here does not require, once again, a high temperature resistance since it is removed before the crystallization step of the second layer 40.
  • the annealing step is carried out in order to crystallize the second layer 40, the temperature being between 500 and 600 ° C.
  • the result is identical to that of FIG. 1 2.
  • the steps of formation of the layers 50 and 60 are identical to those of the passage of FIG. 12 in FIG.
  • the solution described in this document provides for making openings 71 in the first layer 30, then to come there deposit the resin (second pads 21) which will be used to lift-off at least of the layer 40, or even together the layers 40, 50, 60 greater than the layers 41, 42 and possibly 44 compounds before the crystallization annealing of the second layer 40.
  • the first layer 30 is not stressed and the Fractures at the edges of the resin pads are not problematic.
  • the first layer 30 is not stressed by the resin.
  • the upper layers 40, 50, 60 may be subjected to stress, but the possible fractures which appear do not open on the rear electrode formed by the first layer 30 on the one hand, and on the other hand facilitate the access of the solvent for the dissolution of the resin pads 21.

Abstract

Un dispositif photovoltaïque comprend un substrat, notamment transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et un empilement de couches formé sur le substrat et comportant au moins une première couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode arrière, une deuxième couche photo-absorbante dans le spectre solaire et une troisième couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode avant. L'empilement comporte une pluralité de trous (72) individuels traversant chacun les première, deuxième et troisième couches pour déboucher vers le substrat et ayant chacun une paroi intérieure délimitée au niveau de la première couche, dans le plan de la première couche et sur toute l'épaisseur de la première couche, par le matériau de la deuxième couche.

Description

Dispositif photovoltaïque semi-transparent avec trou traversant
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne le domaine de la réalisation de cellules photovoltaïques en couches minces semi-transparentes au spectre solaire.
L'invention a pour objet plus particulièrement un dispositif photovoltaïque comprenant un substrat, notamment transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et un empilement de couches minces formé sur le substrat et comportant au moins une première couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode arrière, une deuxième couche photo-absorbante dans le spectre solaire et une troisième couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode avant.
Elle concerne aussi un procédé de fabrication d'un tel dispositif photovoltaïque.
État de la technique
Une cellule photovoltaïque éclairée par le soleil est capable de fournir une tension électrique en circuit ouvert qui est typiquement de l'ordre 0,5 à 1 V. Pour une surface de l'ordre du cm2, un courant électrique de plusieurs dizaines de mA peut être obtenu. La puissance électrique ainsi fournie peut être suffisante pour alimenter de petits dispositifs électriques consommant peu de puissance. Pour obtenir une puissance électrique supérieure, il est nécessaire de mettre en série plusieurs dizaines de cellules photovoltaïques pour constituer des modules. Typiquement, un module d'une surface de 1 m2 éclairé par le soleil fournit une puissance d'environ 100 W. Ces modules peuvent être installés pour servir de centrale de production d'électricité dans des zones fortement ensoleillées. Posés directement en toiture, ils peuvent également servir à l'alimentation d'une installation domestique ou industrielle. Dans le cas de l'habitat par exemple ou des bâtiments de bureau, le module photovoltaïque peut être pris directement comme matériau de construction pour une toiture ou une façade : on parle alors de « Building Integrated Photovoltaics » ou « BIPV » et ce marché présente un fort potentiel de développement. Dans ce cas, l'aspect esthétique est un critère important et l'on peut chercher à obtenir différents effets, comme la couleur ou la semi-transparence au spectre solaire.
Ce type de produits est déjà commercialisé. Un matériau souvent retenu comme matériau photo-absorbant dans de telles applications liées à l'intégration au bâtiment est le « CIGS » (abréviation générale pour un composé de Cu, In, Ga, Se et S) : il présente un aspect noir uniforme qui s'intègre bien dans le bâtiment et il peut être déposé en couches minces (selon une épaisseur comprise dans une plage de valeurs variant entre 0,5 et 5 μιτι) sur de nombreux substrats souples ou rigides tels que le verre, les aciers ou les polymères. D'autres matériaux peuvent également être déposés en couches minces tels que le « CZTS » (abréviation générale pour un composé de Cu, Zn, Sn, Se, S), le silicium amorphe hydrogéné, le silicium microcristallin hydrogéné ou le tellure de cadmium « CdTe ».
Une cellule solaire en couches minces est généralement composée d'un substrat, d'une couche formant une électrode en face arrière, d'une couche de matériau photo-absorbant dans le spectre solaire, d'une éventuelle couche tampon et d'une couche formant une électrode en face avant. L'électrode de face avant et/ou l'électrode de face arrière est transparente dans le spectre solaire. Un dispositif photovoltaïque comprend de telles couches organisées et configurées de sorte qu'une pluralité de telles cellules connectées électriquement en série entre elles.
Dans le cas des cellules solaires en couches minces incluant du CIGS, la structure la plus répandue est composée d'un substrat en verre ayant une épaisseur par exemple de 3 mm et d'un empilement de couches minces comprenant une première couche de Molybdène Mo, formant une électrode arrière, dont l'épaisseur est par exemple 1 μηπ, une deuxième couche de CIGS dont l'épaisseur est par exemple 1 ,5 μηπ, une couche tampon en CdS dont l'épaisseur est par exemple 50 nm et une troisième couche d'oxyde de zinc dopé en aluminium dont l'épaisseur est par exemple de l'ordre de 500 nm et formant une électrode avant. Il existe toutefois une très large gamme d'épaisseurs, de méthodes de dépôt et de matériaux pouvant convenir à la réalisation d'une telle structure.
Il est souvent intéressant de conférer des propriétés de transparence au moins partielle aux dispositifs photovoltaïques vis-à-vis du rayonnement solaire incident, notamment dans le cadre des applications liées au bâtiment, de type « BIPV ». Cela permet qu'une partie de la lumière puisse traverser l'épaisseur des cellules photovoltaïques et plus généralement du dispositif photovoltaïque pour apporter de la lumière à l'intérieur de l'enceinte du bâtiment au moins partiellement délimité par ce dispositif photovoltaïque.
Les méthodes suivantes de fabrication de cellules photovoltaïques en couches minces semi-transparentes sont connues. Pour un tel effet de semi-transparence, plusieurs idées ont déjà été proposées. L'une d'elles consiste à utiliser un matériau transparent et conducteur pour former l'électrode arrière au niveau de la première couche de l'empilement. Dans le cas où la deuxième couche mince prévoit l'utilisation de CIGS par exemple, des matériaux tels que l'oxyde d'indium dopé à l'étain (connu sous la dénomination « ITO ») ou l'oxyde d'étain dopé au fluor (connu sous la dénomination « Sn02:F ») déposé sur un substrat de verre peuvent être employés pour constituer l'électrode arrière. Si la couche de CIGS est suffisamment fine, typiquement inférieure à 1 μηπ, une fraction de la lumière incidente sur l'empilement du côté de l'électrode avant peut être transmise à travers tout l'empilement. En raison du gap du CIGS qui avoisine 1 eV, cette transmission de la lumière est favorisée pour les composantes rouge et proche de l'infrarouge du spectre solaire et il en résulte qu'après avoir traversé le dispositif photovoltaïque, les rayons lumineux présentent une couleur rougeâtre désagréable et peu esthétique. Pour obtenir un réel effet de semi-transparence, il est finalement nécessaire de ménager des zones où toute la lumière peut être transmise de façon uniforme. Ainsi, le document US2010/0126559 décrit un module photovoltaïque de type superstrat, dans lequel le substrat et l'électrode arrière sont transparents. Une ouverture est obtenue lors d'une étape de gravure correspondant à une étape d'isolation électrique utilisée dans la mise en série de plusieurs cellules par interconnexion monolithique pour la réalisation d'un module. Elle présente une largeur adaptée à la transparence souhaitée pour le module photovoltaïque final. Cette ouverture est réalisée à travers la couche photo-absorbante et l'électrode avant. Cette largeur peut par exemple varier entre 5 et 10% de la largeur d'une cellule photovoltaïque. De façon générale, le module photovoltaïque obtenu peut transmettre entre environ 5 et 50% de la lumière incidente. Cependant, cette solution présente des inconvénients. En particulier, les ouvertures réalisées dans le module photovoltaïque sont en forme de lignes. Elles sont alors relativement visibles à l'œil et ne permettent pas une transmission uniforme de la lumière.
Pour que la lumière soit transmise de manière uniforme et que l'ensemble du dispositif photovoltaïque apparaisse partiellement transparent, il est au contraire nécessaire de rendre indiscernables les zones qui laissent traverser la lumière. Le document GB-A1 -2472608 propose de réaliser une cellule photovoltaïque semi-transparente à partir d'un empilement comprenant un substrat transparent, une électrode arrière transparente, une couche photo-absorbante opaque et une électrode avant opaque. Des petits trous sont formés à travers l'électrode avant et la couche photo-active de façon à permettre la transmission de la lumière à travers ces deux couches via ces trous obtenus par gravure humide. Ainsi, un liquide de gravure est déposé sur la surface des cellules photovoltaïques par l'intermédiaire d'une tête à jet d'encre de façon à permettre une gravure localisée. L'empilement étant constitué de couches de matériaux présentant des natures chimiques différentes, il est nécessaire d'utiliser successivement différents liquides de gravure pour permettre la formation de trous sur la profondeur souhaitée. Le procédé décrit dans ce document permet de répondre aux problématiques posées par la solution du document US2010/0126559 mais l'utilisation de différents liquides de gravure rend toutefois le procédé relativement complexe. Des problèmes de compatibilité entre les matériaux de l'empilement et les liquides de gravure utilisés peuvent également survenir. Le document US-A1 -7795067 décrit des cellules photovoltaïques semi- transparentes qui sont également obtenues à partir d'un empilement de couches minces dans lequel une pluralité de trous est réalisée. Contrairement à la solution du document GB-A1 -2472608, ces trous traversent complètement l'empilement, c'est-à-dire la couche formant l'électrode avant, la couche photo-absorbante et la couche formant l'électrode arrière. Ils sont réalisés par un moyen mécanique, par exemple par perçage ou par découpage. Ces procédés mécaniques présentent l'inconvénient de ne pas permettre de réaliser des trous de taille inférieure à 100 μηι et/ou espacés de moins de 100 μηι. Il en résulte un aspect visuel non uniforme, ce qui empêche d'obtenir une transmission de la lumière incidente uniforme et une vision continue.
Les figures 1 à 3 concernent une solution connue dans laquelle des trous sont réalisés par un procédé dit « lift-off ». Le procédé débute par le dépôt d'une encre ou résine sur un substrat 1 en verre sodocalcique de 3 mm d'épaisseur. L'encre est déposée par jet d'encre sous forme de plots 2 de 200 μηι espacés de 400 μηι (figure 1 ). Une couche 3 de Molybdène est ensuite déposée sur une épaisseur de 450 nm par pulvérisation cathodique. Une couche photo-absorbante 4 de CIGS est formée par un procédé séquentiel : dans un premier temps des précurseurs de Cu, In, Ga sont déposés par pulvérisation cathodique, puis une couche mince de Se est déposée, puis un recuit rapide sous atmosphère d'azote à pression atmosphérique est réalisé afin de cristalliser le CIGS. La couche 4 de CIGS formée possède ainsi une épaisseur d'environ 1 ,5 μηι. Puis une couche tampon 5 de 50 nm de CdS est ensuite déposée par bain chimique, puis une couche de 50 nm de ZnO et une couche de 400 nm de ZnO dopé avec de l'aluminium sont déposées par pulvérisation cathodique. L'emploi de la couche de ZnO est facultatif. L'empilement de la couche de ZnO et de ZnO dopé Al est repéré 6. La couche de ZnO dopé avec de l'aluminium est connu sous la dénomination « TCO » pour « Transparent Conductive Oxyde ». La structure obtenue est représentée sur la figure 2. A l'issue de ces étapes, la structure est immergée pendant 2 minutes dans un solvant choisi en fonction de la nature de l'encre déposée par jet d'encre, dans un bain à ultrasons, puis séchée sous flux d'azote. Ce traitement a pour effet de retirer toute la matière des couches
3 à 6 uniquement présente dans les zones situées à la verticale des plots 2 d'encre déposés pour ainsi former des trous 7 où la lumière peut passer librement. Un exemple de dispositif photovoltaïque obtenu par ce procédé est montré sur la figure 3.
Il a été constaté que les zones de la couche 3 en bordure des plots 2 sont fragiles mécaniquement et peuvent provoquer des fractures dans la couche 3 et dans les couches 4 à 6 déposées ensuite. La fragilité mécanique favorise l'accès du solvant utilisé pour l'opération de lift-off vers les plots 2 et participe au décollement des couches 3 à 6. Il a également été constaté que ces zones fragiles discontinues sont à l'origine de phénomènes de court-circuit entre la couche 6 et la couche 3. Le mécanisme de formation de ces courts-circuits est le suivant : rupture (flèche F1 ) de la couche 3 sous l'effet des contraintes mécaniques en périphérie des plots 2 de résine (figure 4A), dégazage partiel (flèches F2) des plots 2 durant le recuit de cristallisation de la couche 4 laissant libres des zones de la couche 3 (figure 4B), dépôt des couches 5 et 6 qui entrent en court-circuit (zone F3) avec la couche 3 (figure 4C), dissolution des plots 2 et décollement des couches supérieures (figure 4D), laissant des zones de courts-circuits (zone F4). Pour des raisons de simplification de représentation, la couche 5 et la couche 6 sont représentées par une seule et unique couche repérée 8.
Il est à noter que de manière générale, les plots 2 ont dans la réalité une section arrondie comme représentée sur les figures 4A à 4D et ce n'est que par simplification qu'ils ont été représentés par des rectangles sur les figures 1 et 2. Objet de l'invention
Le but de la présente invention est de proposer une solution photovoltaïque qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus.
Notamment, un objet de l'invention est de fournir un dispositif photovoltaïque et son procédé de fabrication qui permettent :
- d'avoir un dispositif photovoltaïque semi-transparent avec un coefficient d'ouverture élevé, notamment potentiellement compris entre environ 1 et 99%,
- d'améliorer la robustesse de l'empilement formé sur le substrat, notamment la tenue de la première couche formant l'électrode arrière, voire les couches supérieures déposées sur celle-ci,
- de s'affranchir de risques de court-circuit entre les électrodes avant et arrière du dispositif photovoltaïque.
Ces objets peuvent être atteints par l'intermédiaire d'un dispositif photovoltaïque comprenant un substrat, notamment transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et un empilement de couches formé sur le substrat et comportant au moins une première couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode arrière, une deuxième couche photo-absorbante dans le spectre solaire et une troisième couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode avant, l'empilement comportant une pluralité de trous individuels traversant chacun les première, deuxième et troisième couches pour déboucher vers le substrat et ayant chacun une paroi intérieure délimitée au niveau de la première couche, dans le plan de la première couche et sur toute l'épaisseur de la première couche, par le matériau de la deuxième couche. Selon un mode de réalisation particulier, la valeur de l'épaisseur de matériau de la deuxième couche dans le plan de la première couche est comprise entre 5 et 450 μηπ, préférentiellement entre 5 et 200 μηι. De préférence, les trous sont répartis d'une manière telle que le rapport entre d'une part la surface trouée de l'empilement, correspondant à la somme des surfaces des trous de la pluralité, et d'autre part la surface totale de l'empilement dans le plan principal de l'empilement, est compris entre 1 % et 99%.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque trou est distant du trou adjacent le plus proche, dans le plan principal de l'empilement, d'une distance comprise entre 200 et 1000 μηι. Les trous peuvent être répartis dans le plan principal de l'empilement selon un pavage périodique aux sommets d'un motif de base ayant la forme d'un polygone tel qu'un carré ou d'un hexagone.
L'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque comprenant une étape de fourniture d'un substrat, notamment transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et une étape de formation d'un empilement de couches minces sur le substrat et comportant une première couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode arrière, une deuxième couche photo-absorbante dans le spectre solaire, une troisième couche en matériau électriquement conducteur formant une électrode avant, et une pluralité de trous individuels traversant chacun les première, deuxième et troisième couches ayant chacun une paroi intérieure délimitée au niveau de la première couche, dans le plan de la première couche et sur toute l'épaisseur de la première couche, par le matériau de la deuxième couche. L'étape de formation de l'empilement peut comprendre :
une étape de formation de la première couche sur le substrat, une étape de formation d'une pluralité d'ouvertures traversantes individuelles dans la première couche où chaque ouverture traverse la première couche,
une étape de formation des deuxième et troisième couches sur la première couche et sur lesdites ouvertures,
une étape de formation de ladite pluralité de trous de sorte que chaque trou est aligné, notamment centré, avec une ouverture correspondante dans le plan principal de l'empilement.
L'étape de formation de la pluralité d'ouvertures peut être réalisée avant l'étape de formation de la pluralité de trous.
Selon un mode de réalisation particulier, les dimensions de chaque ouverture dans le plan principal de l'empilement sont strictement supérieures aux dimensions de chaque trou dans le plan principal de l'empilement.
Les dimensions de chaque trou dans le plan principal de l'empilement sont de préférence comprises entre 10 et 500 μηι.
Les dimensions de chaque ouverture dans le plan principal de l'empilement sont préférentiellement comprises entre 20 et 1000 μηι.
L'étape de formation de la pluralité d'ouvertures peut comprendre une première étape de gravure chimique, mécanique ou laser de la première couche. De préférence, l'étape de formation de la pluralité d'ouvertures comprend une première étape de lift-off réalisée à travers la première couche uniquement au niveau de zones de la première couche coïncidant avec les emplacements des ouvertures à former.
Préalablement à l'étape de formation de la première couche, le procédé peut comprendre une étape de formation d'une pluralité de premiers plots d'une première résine sur le substrat au niveau des emplacements des ouvertures à former, et postérieurement à l'étape de formation de la première couche, le procédé peut comprendre une étape d'application d'un premier solvant sur la première couche, le couple première résine- premier solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les premiers plots et les zones de la première couche situées au-dessus des premiers plots.
L'étape de formation de la pluralité de trous peut comprendre une deuxième étape de gravure chimique, mécanique ou laser des deuxième et troisième couches. L'étape de formation de la pluralité de trous peut comprendre une deuxième étape de lift-off réalisée à travers la deuxième couche et la troisième couche, uniquement au niveau de zones de l'empilement coïncidant avec les emplacements des trous à former. Préalablement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches, le procédé peut comprendre une étape de formation d'une pluralité de deuxièmes plots d'une deuxième résine sur le substrat au niveau des emplacements des trous à former, chaque deuxième plot étant formé au centre d'une ouverture correspondante préalablement formée, et postérieurement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches, le procédé peut comprendre une étape d'application d'un deuxième solvant sur l'empilement, le couple deuxième résine-deuxième solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les deuxièmes plots et les zones des deuxième et troisième couches situées au-dessus des deuxièmes plots.
L'étape de formation de la deuxième couche sur la première couche peut comprendre une étape de dépôt d'au moins une couche de composés aptes à former, par recuit de cristallisation, le matériau photo-absorbant de la deuxième couche, puis une étape de recuit de cristallisation desdits composés afin de finaliser la deuxième couche et l'étape de formation de la pluralité de trous peut comprendre une deuxième étape de lift-off, mise en œuvre entre l'étape de dépôt de ladite au moins une couche de composés et l'étape de recuit de cristallisation, et réalisée à travers lesdites couches de composés uniquement au niveau de zones de l'empilement coïncidant avec les emplacements des trous à former.
Préalablement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches, le procédé peut comprendre une étape de formation d'une pluralité de deuxièmes plots d'une deuxième résine sur le substrat au niveau des emplacements des trous à former, chaque deuxième plot étant formé au centre d'une ouverture correspondante préalablement formée, et postérieurement à l'étape de dépôt de ladite au moins une couche de composés et avant l'étape de recuit de cristallisation, le procédé peut comprendre une étape d'application d'un deuxième solvant sur l'empilement, le couple deuxième résine-deuxième solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les deuxièmes plots et les zones de ladite au moins une couche de composés situées au-dessus des deuxièmes plots. Pour chaque premier plot, ses dimensions dans le plan principal de l'empilement, préférentiellement comprises entre 20 et 1000 μηπ, sont de préférence strictement supérieures aux dimensions, dans ledit plan principal, du deuxième plot formé au centre de l'ouverture correspondant audit premier plot, préférentiellement comprises entre 10 et 500 μηι. Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
- les figures 1 à 3, déjà décrites, illustrent différentes phases successives d'un procédé de fabrication selon l'art antérieur,
- les figures 4A à 4D, déjà décrites, illustrent le phénomène de formation des courts-circuits entre les électrodes avant et arrière, - les figures 5 à 9 illustrent les différentes phases d'un premier exemple de procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque selon l'invention,
- les figures 10 à 13 illustrent différentes phases d'un deuxième exemple de procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque selon l'invention,
- et les figures 14 et 15 illustrent différentes phases d'un troisième exemple de procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque selon l'invention. Description de modes préférentiels de l'invention
L'invention qui va être décrite maintenant en référence aux figures 5 à 15 porte sur un dispositif photovoltaïque comprenant d'une part un substrat 10, d'autre part un empilement de couches minces formé sur le substrat 10 et comportant au moins : une première couche 30 formée dans un matériau électriquement conducteur et constitutive d'une électrode arrière, aussi appelée électrode en face arrière,
une deuxième couche 40 photo-absorbante ou photo-active dans le spectre solaire, destinée à absorber tout ou partie du rayonnement solaire incident sur la face avant ou supérieure de l'empilement,
une troisième couche 60 formée dans un matériau électriquement conducteur et constitutive d'une électrode avant, aussi appelée électrode en face avant. L'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'un tel dispositif photovoltaïque, différents modes de réalisation étant détaillés plus loin.
Le substrat 10 est notamment du type présentant des caractéristiques de transparence suivant son épaisseur dans tout ou partie du spectre solaire. Par « couche mince », il est entendu que l'épaisseur de chacune des couches varie de préférence de quelques couches atomiques à une dizaine de micromètres.
Par « arrière », il convient d'interpréter qu'il s'agit de préférence d'une électrode disposée au sein de l'empilement du côté du substrat 10. A l'inverse, par « avant », il convient de comprendre qu'il s'agit de préférence d'une électrode disposée dans l'empilement du côté opposé au substrat 10 par rapport à la deuxième couche 40 photo-absorbante. Ainsi, ces notions « avant » et « arrière » sont considérées suivant la direction d'empilement repérée « D » suivant laquelle les couches minces de l'empilement sont superposées. Le substrat 10, qui est de préférence transparent à la lumière dans tout ou partie du spectre, est par exemple formé en verre, par exemple un verre sodocalcique d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm, et typiquement de 3 mm qui est une épaisseur standard dans le domaine photovoltaïque. De manière plus générale, le substrat 10 peut être formé dans toute autre matière telle qu'une matière organique, une matière plastique ou à base de polymères, en verre traité, par exemple en verre dépoli, teinté.
La notion de transparence du substrat 10 fait référence à ce qu'un œil humain peut percevoir des longueurs d'onde présentes dans le spectre solaire : il s'agit donc de longueurs d'onde comprises entre 250 nm et 850 nm. La transparence du substrat 10 est particulièrement avantageuse dans l'application particulièrement visée où le dispositif photovoltaïque est destiné à être pris directement comme matériau de construction pour une toiture ou une façade, c'est-à-dire dans le cadre d'un dispositif photovoltaïque de type « Building Integrated Photovoltaics » ou « BIPV ».
Bien qu'il ne s'agisse pas de l'application la plus visée, il reste possible de prévoir que le substrat 10 ne soit pas transparent suivant son épaisseur, étant alors par exemple formé dans une matière métallique, en matériau de construction, par exemple en béton, en matériau composite, etc., éventuellement recouvert d'une couche de peinture et/ou de protection.
Un premier exemple de dispositif photovoltaïque permet à un observateur situé du côté du substrat (notamment situé à l'intérieur d'un bâtiment) de recevoir la lumière qui lui parvient du côté de la face avant du dispositif photovoltaïque (notamment depuis l'extérieur du bâtiment). Alternativement, le dispositif photovoltaïque peut servir de vitrine de démonstration par exemple : dans ce cas l'observateur situé du côté de la face avant du dispositif photovoltaïque observe un objet situé à l'arrière du substrat. Enfin, dans l'un ou l'autre des deux exemples précédents, le substrat peut éventuellement lui-même posséder d'autres fonctions que la fonction de transmission de la lumière. Il pourrait être fonctionnalisé en le recouvrant d'une image imprimée ou reportée sur un deuxième substrat ; il pourrait encore, par un dispositif approprié, posséder un rétro éclairage. De manière générale, la première couche 30 possède de préférence à la fois des propriétés ohmiques pour assurer une récupération optimale des charges émises par la deuxième couche 40 mais également des propriétés optiques pour assurer une réflexion vers la deuxième couche 40 de la partie du spectre lumineux non absorbée en transmission directe.
La première couche 30 est notamment de type métallique, par exemple en Molybdène Mo. L'épaisseur notée « h » de la première couche 30 est de préférence comprise entre 100 nm et 2 μηι, typiquement de 1 μηι. Elle est déposée par toute méthode, par exemple par une technique sous vide par pulvérisation cathodique ou évaporation. En complément ou en substitution, la première couche 30 peut toutefois comprendre d'autres matériaux tels que du chrome Cr et/ou du tungstène W et/ou du Manganèse Mn et/ou du Tantale Ta et/ou du Niobium Nb et/ou du Titane Ti. Elle peut également employer un oxyde transparent conducteur tel que l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) ou l'oxyde d'étain dopé avec du fluor (SnO2:F) ou encore des électrodes transparentes conductrices à bases de nanofils métalliques (Cuivre ou Argent notamment) ou de graphène. La deuxième couche 40 est disposée, directement ou indirectement, entre la première couche 30 et la troisième couche 60 suivant la direction D. Elle est de préférence réalisée à base de matériaux inorganiques semi-conducteur de type l-l l l-VI. En particulier mais de manière non exclusive, le matériau dans lequel la deuxième couche 40 est formée comprend un composé de Cu, In, Ga, Se et S, connu sous la dénomination « CIGS ». La couche de CIGS formée possède par exemple une épaisseur d'environ 1 ,5 μηι. D'autres matériaux peuvent être envisagés pour la deuxième couche 40, tel que du CdTe, du silicium amorphe hydrogéné, du silicium microcristallin hydrogéné ou tout composé à base de cuivre, zinc, étain, soufre et sélénium.
La troisième couche 60 peut être formée par une double couche composée d'une couche de ZnO ayant par exemple une épaisseur de 50 nm et une couche de ZnO dopée avec des éléments du groupe II I comme l'aluminium, par exemple ayant une épaisseur de 400 nm. Ces deux couches sont déposées par exemple par pulvérisation cathodique. La couche de ZnO dopé à l'aluminium est connue sous la dénomination « TCO » pour « Transparent Conductive Oxyde ». L'emploi de la couche de ZnO est toutefois facultatif. Cette couche peut être omise dans le cas où la couche tampon 50 est en CdS, ou remplacée par une couche de Zn(i-X)MgxO lorsque la couche tampon 50 est en Zn(O,H)S. En remplacement de la couche de ZnO dopé Al, des électrodes transparentes et conductrices à base de nanofils métalliques (Ag ou Cu notamment), de graphène, ou d'autres oxydes transparents conducteurs tels que l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) ou l'oxyde d'étain dopé fluor (SnO2:F), peuvent être utilisées.
Facultativement et de la manière représentée, une couche tampon 50 ou « buffer » peut être disposée entre la troisième couche 60 et la deuxième couche 40 suivant l'épaisseur de l'empilement. Elle peut être formée dans un matériau comprenant du sulfure de cadmium CdS. La couche de CdS peut être remplacée par tout autre matériau adapté tel que par exemple le Zn(0,H)S ou le ln2S3.
Dans l'exemple particulier présenté, une hétérojonction est formée entre la deuxième couche 40 et la couche 50 de CdS. Le CIGS de la deuxième couche 40 a un dopage de type p provenant de défauts intrinsèques, alors que le ZnO est de type n grâce à l'incorporation d'aluminium par exemple.
Comme la deuxième couche 40 photo-absorbante est en soi opaque à la lumière, l'empilement comporte une pluralité de trous 72 (figure 9) individuels traversant chacun les première, deuxième et troisième couches 30, 40, 60 (voire également la couche tampon 50 lorsqu'elle est présente) pour déboucher vers le substrat 10. Chaque trou débouche librement vers l'extérieur de l'empilement du côté opposé au substrat 10 pour permettre à une partie du spectre lumineux incident sur la troisième couche 60 de pénétrer dans les trous 72. Cela permet de conférer à l'empilement la faculté de permettre à la lumière incidente sur le dispositif photovoltaïque, du côté opposé au substrat 10, de traverser son épaisseur au niveau de zones spécifiques délimitées par ces trous 72. Chaque trou 72 comprend une paroi intérieure délimitée au niveau de la première couche 30, dans le plan de la première couche 30 et sur toute l'épaisseur h de la première couche 30, par le matériau de la deuxième couche 40.
Au niveau de la deuxième couche 40, la paroi intérieure de chaque trou 72 est délimitée, dans le plan de la deuxième couche 40 et sur toute l'épaisseur de la deuxième couche 40, par le matériau de la deuxième couche 40. Au niveau de la troisième couche 60, la paroi intérieure de chaque trou 72 est délimitée, dans le plan de la troisième couche 60 et sur toute l'épaisseur de la troisième couche 60, par le matériau de la troisième couche 60. Dans le cas facultatif où la couche tampon 50 est présente, au niveau de la couche tampon 50, la paroi intérieure de chaque trou 72 est délimitée, dans le plan de la couche tampon 50 et sur toute l'épaisseur de la couche tampon 50, par le matériau de la couche tampon 50.
Selon un mode de réalisation, sur toute l'épaisseur h de la première couche 30 et suivant un plan principal de l'empilement noté « P » sur la figure 5 et perpendiculaire à la direction d'empilement D des couches, une épaisseur 45 de matériau de la deuxième couche 40 est interposée entre la paroi intérieure de chaque trou 72 et la première couche 30.
Autrement dit, entre chaque trou 72 et la première couche 30, il y a interposition d'une épaisseur 45 de matériau de la deuxième couche 40, cette interposition étant réalisée dans le plan de la première couche 30 (qui est perpendiculaire à la direction D dans laquelle les couches 30, 40, 50, 60 sont empilées pour former l'empilement) et sur toute l'épaisseur h de la première couche 30. II convient d'interpréter dans ce document que, dans le dispositif photovoltaïque, le volume délimité par la paroi intérieure de chaque trou 72 est de préférence dépourvu de matière solide des première, deuxième et troisième couches. En cas d'encapsulation du dispositif photovoltaïque, un polymère transparent tel que de l'EVA (pour Ethylene- vinyl acétate) peut remplir les trous 72.
La valeur ou dimension notée « A1 » de cette épaisseur 45 de matériau de la deuxième couche, comptée dans un plan parallèle au plan principal P, est de préférence comprise entre 5 et 450 μηπ, préférentiellement entre 5 et 200 μηι.
Selon un mode de réalisation particulier, les trous 72 sont répartis d'une manière telle que le rapport entre d'une part la surface trouée de l'empilement, correspondant à la somme des surfaces des trous 72 de la pluralité comptées dans le plan principal P, et d'autre part la surface totale de l'empilement dans le plan principal P de l'empilement, est compris entre 1 % et 99%. Ce rapport correspond à un taux d'ouverture qui est un facteur géométrique pur qui ne dépend pas des propriétés optiques des matériaux. Il convient de ne pas confondre ce taux d'ouverture avec un taux de transparence ou de transmission qui correspond au rapport entre l'intensité lumineuse totale qui traverse le dispositif et l'intensité lumineuse incidente sur la face avant. En effet, il est rappelé qu'une part de la lumière peut être transmise à travers les couches 30 et 40 (ou uniquement à travers la couche 40 au niveau de la zone A1 ) si la couche 30 est un oxyde transparent conducteur et/ou la couche 40 est suffisamment fine (typiquement une épaisseur inférieure à 500 nm).
De préférence, chaque trou 72 est distant du trou 72 adjacent le plus proche, dans le plan principal P de l'empilement, d'une distance notée « A2 » comprise entre 200 et 1000 μηι. Chaque trou 72 présente des dimensions E2 dans le plan principal P de l'empilement comprises entre 10 et 500 μηι. Chaque épaisseur 45 est formée dans une ouverture 71 réalisée préalablement dans la première couche 30. Chaque ouverture 71 présente des dimensions E1 dans le plan principal P de l'empilement comprises entre 20 et 1000 μηι. Les trous 72 sont de préférence répartis dans le plan principal P de l'empilement selon un pavage périodique aux sommets d'un motif de base ayant la forme d'un polygone tel qu'un carré ou d'un hexagone. Il reste toutefois envisageable de prévoir que les trous 72 soient répartis de manière non uniforme dans le plan principal P, par exemple selon un pavage non périodique, mais le confort visuel est susceptible d'être moins bon. Il peut également être envisagé que, bien que positionnés aux nœuds d'un réseau régulier, les tailles des trous 72 soient ajustées suivant une variation continue pour créer un gradient d'ouverture qui peut être intéressant dans le cas du BIPV : cela permettrait par exemple de produire une partie totalement opaque dans la partie supérieure du dispositif, puis un dégradé continu de transparence vers le bas du dispositif.
Les trous 72 peuvent présenter tous une section constante suivant la direction D, par exemple mais non exclusivement de forme circulaire. Préférentiellement, la forme générale de la section des trous 72 est globalement identique à la forme générale de la section des ouvertures 71 . Mais le cas réaliste est que la section n'est ni constante ni parfaitement circulaire. Dans le cas d'une section circulaire, la dimension E2 correspond au diamètre de la section circulaire. L'ouverture 71 peut également présenter une section circulaire et la différence entre les rayons des sections des ouvertures 71 et des trous 72 définit la valeur A1 de l'épaisseur 45. Toutefois, ces caractéristiques ne sont pas limitatives, notamment en fonction du résultat des première et deuxième étapes de lift-off décrites plus loin.
Le procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque comprend de manière générale une étape de fourniture d'un substrat 10, notamment transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et une étape de formation d'un empilement de couches minces sur le substrat 10 et comportant :
une première couche 30 en matériau électriquement conducteur formant une électrode arrière,
- une deuxième couche 40 photo-absorbante dans le spectre solaire,
une troisième couche 60 en matériau électriquement conducteur formant une électrode avant,
et une pluralité de trous 72 individuels traversant chacun les première, deuxième et troisième couches 30, 40, 60 pour déboucher vers le substrat 10 et ayant chacun une paroi intérieure délimitée au niveau de la première couche 30, dans le plan de la première couche 30 et sur toute l'épaisseur h de la première couche 30, par le matériau de la deuxième couche 40. Selon un mode de réalisation, l'étape de formation de cet empilement comprend successivement ou non :
une étape de formation de la première couche 30 sur le substrat
10,
une étape de formation d'une pluralité d'ouvertures 71 traversantes individuelles dans la première couche 30 où chaque ouverture 71 traverse la première couche 30, notamment sur toute l'épaisseur de la première couche 30 de sorte à déboucher vers le substrat 10,
une étape de formation des deuxième et troisième couches 40, 60 sur la première couche 30 et sur ces ouvertures 71 ,
une étape de formation de la pluralité de trous 72, 73, 74 de sorte que chaque trou est aligné dans le plan principal P, notamment de manière centrée, avec une ouverture 71 correspondante. L'étape de formation des deuxième et troisième couches 40, 60 peut prévoir la mise en œuvre d'une étape de formation de la couche tampon 50 sur la deuxième couche 40 préalablement formée et avant la formation de la troisième couche 60 sur la couche tampon 50 ainsi formée.
Selon le premier exemple de procédé, l'étape de formation de la pluralité de trous 72 peut être réalisée après la finalisation des deuxième et troisième couches. Toutefois comme indiqué plus loin en référence aux deuxième et troisième exemples de procédés, l'étape de formation de la pluralité de trous 72 peut éventuellement être réalisée au moins partiellement avant l'étape de formation des deuxième et troisième couches. Notamment, les trous peuvent être formés à travers la deuxième couche, à la fin de sa formation, ou durant sa formation lorsque la deuxième étape de lift-off décrite plus loin est réalisée avant le recuit de cristallisation de la deuxième couche, et avant la formation de la troisième couche 60.
La deuxième couche 40 photo-absorbante qui est par exemple en CIGS peut être formée par un procédé séquentiel : dans un premier temps des précurseurs de cuivre Cu, d'indium In, de gallium Ga sont déposés par exemple par pulvérisation cathodique sur la première couche 30 et dans les ouvertures 71 , puis une couche mince de sélénium Se est déposée, puis un recuit rapide sous atmosphère d'azote à pression atmosphérique est réalisé afin de cristalliser le CIGS. Toutefois, tout autre procédé d'obtention de la couche 40 peut être envisagé. Ainsi, l'étape de formation de la pluralité d'ouvertures 71 est avantageusement réalisée avant l'étape de formation de la pluralité de trous 72. Les dimensions E1 de chaque ouverture 71 dans le plan principal P de l'empilement sont strictement supérieures aux dimensions E2 de chaque trou 72 dans le plan principal P de l'empilement. C'est la différence entre ces dimensions E1 , E2 et la manière dont chaque trou 72 est aligné avec l'ouverture correspondante qui définissent la valeur A1 de l'épaisseur 45 en tout point de la paroi intérieure du trou 72. Notamment, comme indiqué précédemment, c'est la différence des rayons des sections des ouvertures 71 et des trous 72 qui définit A1 . Il est rappelé que la section des trous 72 et celle des ouvertures 71 ne sont pas forcément parfaitement circulaires ni constantes. Les ouvertures 71 formées dans la première couche 30 peuvent être obtenues à l'aide de toute technique connue et appropriée. Selon un premier mode de réalisation, l'étape de formation de la pluralité d'ouvertures 71 comprend une première étape de gravure chimique, mécanique ou laser de la première couche 30. Alternativement et de manière préférée, l'étape de formation de la pluralité d'ouvertures 71 comprend une première étape de lift-off réalisée à travers la première couche 30 uniquement au niveau de zones de la première couche 30 coïncidant avec les emplacements des ouvertures 71 à former. Cette première étape de lift-off peut comprendre essentiellement :
une étape de formation d'une pluralité de premiers plots 20 d'une première résine ou encre sur le substrat 10 au niveau des emplacements des ouvertures 71 à former, cette étape étant réalisée préalablement à l'étape de formation de la première couche 30,
- une étape d'application d'un premier solvant sur la première couche 30, mise en œuvre postérieurement à l'étape de formation de la première couche 30, le couple première résine-premier solvant étant choisi de sorte que l'étape d'application du premier solvant a pour effet de retirer les premiers plots 20 et les zones de la première couche 30 situées au-dessus des premiers plots 20.
Le terme « lift-off » correspond à une technique bien connue de l'Homme du Métier et qui peut indifféremment être remplacé par « décollement de matière induit par élimination de la matière sous-jacente » ou « soulèvement de matière » dans tout le présent document. Ce soulèvement ou décollement est localement mis en œuvre au niveau uniquement de plots de résine idoines préalablement déposés et situés en-dessous de la matière subissant l'action de soulèvement ou décollement. Il résulte notamment de l'application d'un solvant idoine au dessus de la matière subissant l'action de soulèvement ou décollement, cette application de solvant induisant l'élimination des plots de résine sous-jacents et cette élimination des plots de résine engendre l'action de soulèvement ou décollement de la matière. Ainsi, la matière de la première couche 30 reste intacte en dehors des zones occupées par les premiers plots 20. C'est la combinaison de ce phénomène de retrait de matière de la première couche 30 au-dessus des premiers plots 20 et de ce phénomène de non-retrait de matière de la première couche en dehors des premiers plots qui a pour effet de former les ouvertures 71 .
Les dimensions des premiers plots 20 sont égales à celles des ouvertures 71 qui résultent de la première étape de lift-off. De manière générale, les plots 20 ont plutôt dans la réalité une section arrondie (voire hémisphérique) et ce n'est que par simplification qu'ils ont été représentés par des rectangles sur la figure 5. Les dimensions des premiers plots 20 sont comprises entre 20 et 1000 μηι et ils sont espacés d'une distance comprise entre 200 et 1000 μηι. La première résine peut être de la famille des méthacrylates qui sont dissoutes efficacement par des solvants faiblement polaires de la famille des cétones. Par exemple la résine peut être constituée par une encre « IJC 256 » commercialisée par la société « Fujifilm » et le premier solvant peut être de l'acétone. La première résine peut aussi être constituée par de l'encre « FW-D001 -OP1 » commercialisée par la société « Toyo » et le premier solvant peut être du méthyle-éthyle- cétone.
Ainsi, les premiers plots 20 sont formés, puis la première couche 30 est formée, avant que le premier solvant ne soit appliqué à l'empilement afin de créer les ouvertures 71 . Les premiers plots 20 peuvent être formés par exemple par un dépôt de type jet d'encre, sérigraphie ou tout procédé d'impression d'encre permettant de faire des motifs, c'est-à-dire des dépôts localisés. La forme des plots 20 sera généralement hémisphérique.
Plus précisément, à la suite de la formation des premiers plots 20, la première couche 30 est formée. La figure 5 représente la situation à la suite de l'étape de formation des premiers plots 20 et de l'étape de formation de la première couche 30. Des zones de la première couche 30 sont ensuite retirées localement au niveau des premiers plots 20 par cette technique de lift-off. Pour cela, l'échantillon peut être plongé dans le bain du premier solvant, par exemple de l'acétone, en présence d'ultrasons pendant une durée comprise entre 5 secondes et 10 minutes, typiquement de 2 minutes. La figure 6 illustre ensuite la situation à la suite de la première étape de lift-off, l'échantillon étant alors muni d'une pluralité d'ouvertures 71 dont l'emplacement et les dimensions sont directement liées à celles des premiers plots 20 formés sur l'échantillon. La section des ouvertures 71 a la forme de la section des premiers plots 20 de résine dont ils sont issus. La section des ouvertures 71 est de forme circulaire si le premier plot 20 de résine est circulaire.
L'épaisseur du matériau de la première couche 30 est constante en pratique et ce n'est que par simplification de représentation que l'épaisseur de ce matériau au-dessus des plots 20 a été représentée différente de l'épaisseur au-dessus du substrat 10 sur la figure 5.
Un avantage d'utiliser la technique de lift-off pour la formation des ouvertures 71 est que cette solution est simple et peu coûteuse et que les bords des ouvertures 71 sont bien délimités, sans éclats de matière, de rayure ou de marque.
Ensuite, les trous 72 formés dans les couches 30, 40, 50, 60 peuvent être obtenus à l'aide de toute technique connue et appropriée. Selon un premier mode de réalisation, l'étape de formation de la pluralité de trous 72 comprend une deuxième étape de gravure chimique, mécanique ou laser des deuxième et troisième couches 30, 40, 60 (et également à travers la couche tampon 50 lorsqu'elle est présente). Alternativement et de manière préférée, dans un mode de réalisation, l'étape de formation de la pluralité de trous 72 peut comprendre une deuxième étape de lift-off réalisée à travers les deuxième et troisième couches 40, 60 (et également à travers la couche tampon 50 lorsqu'elle est présente) uniquement au niveau de zones de l'empilement coïncidant avec les emplacements des trous 72 à former. La deuxième étape de lift- off est réalisée séparément et après la première étape de lift-off décrite précédemment. Cette deuxième étape de lift-off peut comprendre :
une étape de formation d'une pluralité de deuxièmes plots 21 d'une deuxième résine sur le substrat 10 au niveau des emplacements des trous 72 à former, ces deuxièmes plots 21 étant formés préalablement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches 40, 60,
une étape d'application d'un deuxième solvant sur l'empilement mise en œuvre postérieurement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches 40, 60, le couple deuxième résine-deuxième solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les deuxièmes plots 21 et les zones des deuxième et troisième couches 40, 60 (et également celui de la couche tampon 50 dans le cas où elle est présente) situées au-dessus des deuxièmes plots 21 . La matière de la deuxième couche 40, de la couche tampon 50 et de la troisième couche 60 reste par contre intacte en dehors des zones occupées par les deuxièmes plots 21 . C'est la combinaison de ce phénomène de retrait de matière des couches 40, 50, 60 au-dessus des deuxièmes plots 21 et de ce phénomène de non-retrait de matière des couches 40, 50, 60 en dehors des deuxièmes plots 21 qui a pour effet de former les trous 72.
Les dimensions des deuxièmes plots 21 sont égales à celles des trous 72 qui résultent de la deuxième étape de lift-off. De manière générale, les deuxièmes plots 21 ont plutôt dans la réalité une section arrondie et ce n'est que par simplification qu'ils ont été représentés par des rectangles sur les figures 7 et 8. Les dimensions des deuxièmes plots 21 sont comprises entre 10 et 500 μηι et ils sont espacés d'une distance comprise entre 200 et 1000 μηι.
De façon générale, dans le premier exemple de procédé en référence aux figures 5 à 9, correspondant à un cas où la deuxième étape de lift-off est réalisée après l'étape de recuit de cristallisation nécessaire à la finalisation de la deuxième couche, le couple deuxième résine-deuxième solvant peut être constitué par tout couple résine-solvant dont les paramètres d'Hildebrand sont proches et pouvant tenir une température de recuit de l'ordre de 500-600°C sans dégradation majeure. La deuxième résine peut être de la famille des méthacrylates qui sont dissoutes efficacement par des solvants faiblement polaires de la famille des cétones. Par exemple la deuxième résine peut être constituée par une encre « IJC 256 » commercialisée par la société « Fujifilm » et le deuxième solvant peut être de l'acétone. La deuxième résine peut aussi être constituée par de l'encre « FW-D001 -OP1 » commercialisée par la société « Toyo » et le deuxième solvant peut être du méthyle-éthyle- cétone.
Chaque deuxième plot 21 est formé au centre d'une ouverture 71 correspondante préalablement formée. Plus précisément, pour chaque premier plot 20, ses dimensions dans le plan principal P de l'empilement, préférentiellement comprises entre 20 et 1000 μηπ, sont strictement supérieures aux dimensions, dans le plan principal P, du deuxième plot 21 formé au centre de l'ouverture 71 correspondant au premier plot 20, préférentiellement comprises entre 10 et 500 μηι. Cela permet d'éviter la création de fractures dans la deuxième couche 40 qui sinon pourraient laisser des zones où la première couche 30 pourrait être directement court-circuitée par la couche tampon 50 et la troisième couche 60.
La figure 7 représente la situation à la suite de l'étape de formation des deuxièmes plots 21 . La figure 8 montre ensuite la situation à la suite de l'étape de formation des deuxième et troisième couches 40, 60 (et de l'étape de formation de la couche tampon 50). La figure 9 illustre la situation à la fin de la deuxième étape de lift-off.
Ainsi, les deuxièmes plots 21 sont formés, puis la deuxième couche 40 est formée, puis la troisième couche 60 est formée avant que le deuxième solvant ne soit appliqué afin de créer les trous 72. Les deuxièmes plots 21 peuvent être formés par exemple par un dépôt de type jet d'encre, sérigraphie ou tout procédé d'impression d'encre permettant de faire des motifs, c'est-à-dire des dépôts localisés. La forme des deuxièmes plots 21 sera généralement hémisphérique.
Plus précisément, à la suite de la formation des deuxièmes plots 21 (figure 7), les couches 40 et 60 (et éventuellement la couche tampon 50) sont formées. La figure 8 représente cette situation. Des zones des couches 40, 50, 60 sont ensuite retirées localement au niveau des deuxièmes plots 21 par cette technique de lift-off. Pour cela, l'échantillon peut être plongé dans le bain du deuxième solvant, par exemple de l'acétone, en présence d'ultrasons pendant une durée comprise entre 5 secondes et 1 0 minutes, typiquement de 2 minutes. La figure 9 illustre ensuite la situation à la suite de la deuxième étape de lift-off, l'échantillon étant alors muni d'une pluralité de trous 72 dont l'emplacement et les dimensions sont directement liées à celles des deuxièmes plots 21 formés sur l'échantillon. La section des trous 72 a la forme globale de la section des deuxièmes plots 20 de résine dont ils sont issus.
Un avantage d'utiliser la technique de lift-off pour la formation des trous 72 est que cette solution est simple et peu coûteuse et que les bords et les parois intérieures des trous 72 présentent des défauts limités par rapport à d'autres moyens de réalisation des trous évoqués plus haut (notamment le perçage mécanique).
Maintenant en référence au deuxième exemple de procédé en référence aux figures 10 à 1 3 et au troisième exemple de procédé en référence aux figures 14 et 1 5, l'étape de formation de la pluralité de trous 73, 74 peut éventuellement être réalisée au moins partiellement avant l'étape de finalisation de la deuxième couche 40 et de la troisième couche 60. Notamment, les trous 73, 74 peuvent être formés à travers la deuxième couche 40, avant sa formation, lorsque la deuxième étape de lift-off est réalisée avant le recuit de cristallisation nécessaire à la finalisation de la deuxième couche 40, et ce avant le dépôt de la troisième couche 60 et de la couche tampon 50.
Plus précisément, dans le cas où l'étape de formation de la deuxième couche 40 sur la première couche 30 comprend une étape de dépôt d'au moins une couche 41 , 42 de composés (exemplifiés précédemment) aptes à former, par recuit de cristallisation, le matériau photo-absorbant de la deuxième couche 40, puis une étape de recuit de cristallisation desdits composés afin de finaliser la deuxième couche 40, alors il peut être très avantageux de faire en sorte que l'étape de formation de la pluralité de trous comprenne une deuxième étape de lift-off, mise en œuvre entre l'étape de dépôt de ladite au moins une couche 41 , 42 de composés et l'étape de recuit de cristallisation, et réalisée à travers ces couches 41 , 42 de composés uniquement au niveau de zones de l'empilement coïncidant avec les emplacements des trous à former. De manière générale, la deuxième étape de lift-off est réalisée uniquement à travers les 41 , 42, et ce avantageusement avant l'étape de recuit de cristallisation nécessaire à la finalisation ultérieure de la deuxième couche 40. Préalablement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches 40, 60, le procédé comprend une étape de formation d'une pluralité de deuxièmes plots 21 d'une deuxième résine sur le substrat 10 au niveau des emplacements des trous 73, 74 à former, chaque deuxième plot 21 étant formé au centre d'une ouverture 71 correspondante préalablement formée. Postérieurement à l'étape de dépôt de ladite au moins une couche 41 , 42 de composés et avant l'étape de recuit de cristallisation, le procédé comprend une étape d'application d'un deuxième solvant sur l'empilement, le couple deuxième résine-deuxième solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les deuxièmes plots 21 et les zones de ladite au moins une couche 41 , 42 de composés situées au-dessus des deuxièmes plots 21 .
Dans le deuxième exemple, il est décrit la manière d'employer une deuxième résine dont les contraintes sur la tenue en température sont relâchées. En effet, l'étape de lift-off est mise en œuvre avant l'étape de recuit conduisant à la formation et à la finalisation de la deuxième couche 40.
Les premières étapes du deuxième exemple de procédé sont strictement identiques à celles décrites en référence aux figures 5 à 7. Cependant, l'avantage est que les deuxièmes plots 21 peuvent ici être réalisés à l'aide d'une résine qui ne nécessite pas de tenue élevée en température puisque, comme il le sera expliqué plus loin, ces deuxièmes plots 21 sont retirés avant l'étape de cristallisation de la deuxième couche 40 à haute température, notamment entre 500 et 600°C, résultant de l'étape de recuit.
En référence à la figure 10, suite à la formation des ouvertures 71 dans la première couche 30 et à la formation des deuxièmes plots 21 , une couche 41 par exemple d'un alliage de Cuivre et de Gallium est déposée par pulvérisation cathodique d'une cible d'un alliage de Cuivre et de Gallium, puis une couche 42 par exemple d'Indium est déposée, également par pulvérisation cathodique d'une cible d'Indium. Les quantités des différents métaux sont ajustées, par exemple de façon à fixer un rapport de concentration atomique entre la concentration en Cuivre et la somme des concentrations de Gallium et d'+ndium compris entre 0,5 et 1 , et préférentiellement de 0,88. L'épaisseur de la couche 40 en CIGS qui sera obtenue après la mise en œuvre d'un recuit de sélénisation est comprise entre 500 nm et 5 μηπ, et préférentiellement de 1 ,4 μηι. Il convient de noter que les éléments Cuivre, Indium, et Gallium peuvent également être apportés par d'autres méthodes que la pulvérisation cathodique, comme par exemple un procédé de dépôt électrolytique. Il conviendra dans ce cas de veiller à ce que le milieu électrolytique ne soit pas un solvant pour la résine des plots 21 . L'empilement obtenu est représenté sur la figure 10.
Puis en référence à la figure 1 1 , la deuxième étape de lift-off des deuxièmes plots 21 via le deuxième solvant est réalisée dans des conditions identiques à celles décrites précédemment en référence à la figure 9. Les couches 41 et 42 situées au-dessus des plots 21 sont donc retirées par ce lift-off. Il en résulte la formation des trous repérés 73. Les caractéristiques A3 et E3 de ces trous 73 sur la figure 1 1 sont identiques à A1 et E2 respectivement de la figure 9. L'avantage de cet exemple de procédé est ici que tous les plots 21 de résine ont été retirés avant l'étape de recuit de cristallisation de la deuxième couche 40 à haute température. L'étape de recuit de cristallisation de la couche 40 est ensuite réalisée en référence à la figure 12, sous atmosphère de Sélénium à une température comprise entre 500°C et 600°C, où le Sélénium peut être apporté par exemple soit sous forme de vapeurs de Sélénium métallique, soit sous forme de gaz H2Se (ou encore d'autres composés volatiles à base de Sélénium). L'empilement partiellement formé, qui comprend la deuxième couche 40 finalisée, est visible sur la figure 12.
Les étapes restantes du deuxième exemple de procédé sont ensuite identiques à celles décrites précédemment, à savoir le dépôt de la couche tampon 50 de CdS par bain chimique, et formation de la troisième couche 60 par un dépôt de ZnO et de ZnO dopé avec de l'aluminium. Le dispositif photovoltaïque final est représenté sur la figure
13. Il s'agit d'un dispositif photovoltaïque semi-transparent, dans lequel un passage de la lumière par les trous 74 et l'arrière du substrat 10 est réalisé.
Il est remarqué néanmoins sur la figure 13 que la couche tampon 50 est présente au fond des trous 73. Dans le cas où le la couche tampon 50 est formée en CdS, il peut en résulter un aspect jaunâtre à cause du gap (autour de 2,4 eV) du CdS. Il peut y être remédié en remplaçant le CdS par une couche tampon formée dans un matériau ayant un plus grand gap. Il peut s'agir par exemple des matériaux à base de Zn(0,S), tel que décrit précédemment et dont le gap est 3,4 eV.
Il est également possible de réaliser une étape supplémentaire de gravure localisée pour retirer les couches 50 et 60 dans les trous 74 et fournir un dispositif photovoltaïque identique à celui de la figure 9. Cela apporte néanmoins peu d'amélioration en termes de transmission de la lumière au travers du dispositif. Dans le troisième exemple de procédé qui est finalement une alternative au deuxième exemple de procédé, les étapes de dépôt des couches 41 et 42 peuvent être suivies d'une étape de dépôt d'une couche 44 de Sélénium ayant une épaisseur comprise entre 100 nm et 10 μηπ, et préférentiellement de 2 μηι, apportée par évaporation d'une source de Sélénium métallique. Ces couches 41 , 42 et 44 sont toutes déposées avant l'étape de recuit de cristallisation aboutissant à la deuxième couche 40. Dans ce cas, l'empilement partiel obtenu est représenté sur la figure
14. Puis, la deuxième étape de lift-off des couches 41 , 42 et 44 est réalisée par les mêmes méthodes que celles déjà employées précédemment et décrite précédemment pour les couches 41 et 44 dans le deuxième mode de réalisation. Le résultat de la deuxième étape de lift- off est représenté sur la figure 1 5. La deuxième étape de lift-off est réalisée avant la mise en œuvre du recuit de cristallisation aboutissant à la finalisation de la deuxième couche 40. La résine employée ici ne demande pas, une fois encore, une résistance en température élevée puisqu'elle est retirée avant l'étape de cristallisation de la deuxième couche 40.
Puis l'étape de recuit est effectuée afin de cristalliser la deuxième couche 40, la température étant comprise entre 500 et 600°C. Le résultat est identique à celui de la figure 1 2. Puis les étapes de formation des couches 50 et 60 sont identiques à celles du passage de la figure 1 2 à la figure 1 3.
En résumé, la solution décrite dans ce document prévoit de réaliser des ouvertures 71 dans la première couche 30, puis de venir y déposer la résine (deuxièmes plots 21 ) qui servira au lift-off soit au moins de la couche 40, voire de l'ensemble des couches 40, 50, 60 supérieures, soit aux couches 41 , 42 et éventuellement 44 de composés avant le recuit de cristallisation de la deuxième couche 40. De cette façon, la première couche 30 n'est pas mise sous contrainte et la présence de fractures en bordure des plots de résine n'est pas problématique. Dans la structure de la figure 9, la première couche 30 n'est pas mise sous contrainte par la résine. Les couches 40, 50, 60 supérieures peuvent être mises sous contrainte, mais les fractures éventuelles qui apparaissent ne sont pas débouchantes sur l'électrode arrière formée par la première couche 30 d'une part, et d'autre part facilitent l'accès du solvant pour la dissolution des plots 21 de résine.
La solution précédemment décrite présente les avantages suivants permet d'avoir un dispositif photovoltaïque semi-transparent avec un coefficient d'ouverture élevé, notamment potentiellement compris entre environ 1 et 99%,
permet d'avoir une bonne robustesse de l'empilement formé sur le substrat, notamment une bonne tenue de la première couche 30 formant l'électrode arrière, voire les couches 40, 50, 60 déposées sur celle-ci, de s'affranchir de risques de court-circuit entre les couches 30 et 60 du dispositif photovoltaïque.
Les principes généraux exposés ci-dessus peuvent être appliqués quelle que soit la nature du matériau de la première couche 30 et de la deuxième couche 40 photo-absorbante.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif photovoltaïque comprenant un substrat (10), notamment transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et un empilement de couches formé sur le substrat (10) et comportant au moins une première couche (30) en matériau électriquement conducteur formant une électrode arrière, une deuxième couche (40) photo-absorbante dans le spectre solaire et une troisième couche (60) en matériau électriquement conducteur formant une électrode avant, caractérisé en ce que l'empilement comporte une pluralité de trous (72, 73, 74) individuels traversant chacun les première, deuxième et troisième couches (30, 40, 60) pour déboucher vers le substrat (10) et ayant chacun une paroi intérieure délimitée au niveau de la première couche (30), dans le plan de la première couche (30) et sur toute l'épaisseur (h) de la première couche (30), par le matériau de la deuxième couche (40).
2. Dispositif photovoltaïque selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la valeur (A1 ) de l'épaisseur (45) de matériau de la deuxième couche (40) dans le plan de la première couche (30) est comprise entre 5 et 450 μηπ, préférentiellement entre 5 et 200 μηι.
3. Dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les trous (72, 73, 74) sont répartis d'une manière telle que le rapport entre d'une part la surface trouée de l'empilement, correspondant à la somme des surfaces des trous (72, 73, 74) de la pluralité, et d'autre part la surface totale de l'empilement dans le plan principal (P) de l'empilement, est compris entre 1 % et 99%.
4. Dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque trou est distant du trou adjacent le plus proche, dans le plan principal (P) de l'empilement, d'une distance comprise entre 200 et 1 000 μηι.
5. Dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les trous sont répartis dans le plan principal (P) de l'empilement selon un pavage périodique aux sommets d'un motif de base ayant la forme d'un polygone tel qu'un carré ou d'un hexagone.
6. Procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque comprenant une étape de fourniture d'un substrat (1 0), notamment transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et une étape de formation d'un empilement de couches minces sur le substrat (1 0) et comportant une première couche (30) en matériau électriquement conducteur formant une électrode arrière, une deuxième couche (40) photo-absorbante dans le spectre solaire, une troisième couche (60) en matériau électriquement conducteur formant une électrode avant, et une pluralité de trous individuels traversant chacun les première, deuxième et troisième couches (30, 40, 60) ayant chacun une paroi intérieure délimitée au niveau de la première couche (30), dans le plan de la première couche (30) et sur toute l'épaisseur (h) de la première couche (30), par le matériau de la deuxième couche (40).
7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de formation de l'empilement comprend :
une étape de formation de la première couche (30) sur le substrat (1 0), une étape de formation d'une pluralité d'ouvertures (71 ) traversantes individuelles dans la première couche (30) où chaque ouverture (71 ) traverse la première couche (30),
une étape de formation des deuxième et troisième couches (40, 60) sur la première couche (30) et sur lesdites ouvertures (71 ), une étape de formation de ladite pluralité de trous (72, 73, 74) de sorte que chaque trou est aligné, notamment centré, avec une ouverture (71 ) correspondante dans le plan principal (P) de l'empilement.
8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de formation de la pluralité d'ouvertures (71 ) est réalisée avant l'étape de formation de la pluralité de trous (72, 73, 74).
9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les dimensions (E1 ) de chaque ouverture (71 ) dans le plan principal (P) de l'empilement sont strictement supérieures aux dimensions (E2) de chaque trou dans le plan principal (P) de l'empilement.
10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les dimensions (E2) de chaque trou dans le plan principal (P) de l'empilement sont comprises entre 10 et 500 μηι.
1 1 . Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les dimensions (E1 ) de chaque ouverture (71 ) dans le plan principal (P) de l'empilement sont comprises entre 20 et 1000 μηι.
12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 1 1 , caractérisé en ce que l'étape de formation de la pluralité d'ouvertures (71 ) comprend une première étape de gravure chimique, mécanique ou laser de la première couche (30).
13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 1 1 , caractérisé en ce que l'étape de formation de la pluralité d'ouvertures (71 ) comprend une première étape de lift-off réalisée à travers la première couche (30) uniquement au niveau de zones de la première couche (30) coïncidant avec les emplacements des ouvertures (71 ) à former.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de formation de la première couche (30), le procédé comprend une étape de formation d'une pluralité de premiers plots (20) d'une première résine sur le substrat (1 0) au niveau des emplacements des ouvertures (71 ) à former, et en ce que postérieurement à l'étape de formation de la première couche (30), le procédé comprend une étape d'application d'un premier solvant sur la première couche (30), le couple première résine-premier solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les premiers plots (20) et les zones de la première couche (30) situées au-dessus des premiers plots (20).
15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que l'étape de formation de la pluralité de trous comprend une deuxième étape de gravure chimique, mécanique ou laser des deuxième et troisième couches (30, 40, 60).
1 6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que l'étape de formation de la pluralité de trous comprend une deuxième étape de lift-off réalisée à travers la deuxième couche (40) et la troisième couche (60), uniquement au niveau de zones de l'empilement coïncidant avec les emplacements des trous à former.
17. Procédé de fabrication selon la revendication 1 6, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches (40, 60), le procédé comprend une étape de formation d'une pluralité de deuxièmes plots (21 ) d'une deuxième résine sur le substrat (10) au niveau des emplacements des trous (72) à former, chaque deuxième plot (21 ) étant formé au centre d'une ouverture (71 ) correspondante préalablement formée, et en ce que postérieurement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches (40, 60), le procédé comprend une étape d'application d'un deuxième solvant sur l'empilement, le couple deuxième résine-deuxième solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les deuxièmes plots (21 ) et les zones des deuxième et troisième couches (40, 60) situées au-dessus des deuxièmes plots (21 ).
18. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que l'étape de formation de la deuxième couche (40) sur la première couche (30) comprend une étape de dépôt d'au moins une couche (41 , 42, 44) de composés aptes à former, par recuit de cristallisation, le matériau photo-absorbant de la deuxième couche (40), puis une étape de recuit de cristallisation desdits composés afin de finaliser la deuxième couche (40) et en ce que l'étape de formation de la pluralité de trous comprend une deuxième étape de lift-off, mise en œuvre entre l'étape de dépôt de ladite au moins une couche (41 , 42, 44) de composés et l'étape de recuit de cristallisation, et réalisée à travers lesdites couches (41 , 42, 44) de composés uniquement au niveau de zones de l'empilement coïncidant avec les emplacements des trous à former.
19. Procédé de fabrication selon la revendication 18, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de formation des deuxième et troisième couches (40, 60), le procédé comprend une étape de formation d'une pluralité de deuxièmes plots (21 ) d'une deuxième résine sur le substrat (10) au niveau des emplacements des trous (73, 74) à former, chaque deuxième plot (21 ) étant formé au centre d'une ouverture (71 ) correspondante préalablement formée, et en ce que postérieurement à l'étape de dépôt de ladite au moins une couche (41 , 42, 44) de composés et avant l'étape de recuit de cristallisation, le procédé comprend une étape d'application d'un deuxième solvant sur l'empilement, le couple deuxième résine-deuxième solvant étant choisi de sorte que ladite étape d'application retire les deuxièmes plots (21 ) et les zones de ladite au moins une couche (41 , 42, 44) de composés situées au-dessus des deuxièmes plots (21 ).
20. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que pour chaque premier plot (20), ses dimensions dans le plan principal (P) de l'empilement, préférentiellement comprises entre 20 et 1000 μηπ, sont strictement supérieures aux dimensions, dans ledit plan principal (P), du deuxième plot (21 ) formé au centre de l'ouverture (71 ) correspondant audit premier plot (20), préférentiellement comprises entre 10 et 500 μηι.
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