WO2016203013A1 - Procede de realisation d'une cellule photovoltaique a heterojonction - Google Patents

Procede de realisation d'une cellule photovoltaique a heterojonction Download PDF

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WO2016203013A1
WO2016203013A1 PCT/EP2016/064077 EP2016064077W WO2016203013A1 WO 2016203013 A1 WO2016203013 A1 WO 2016203013A1 EP 2016064077 W EP2016064077 W EP 2016064077W WO 2016203013 A1 WO2016203013 A1 WO 2016203013A1
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layer
substrate
textured
area
conductivity type
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PCT/EP2016/064077
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Oriol NOS AGUILA
Samuel Harrison
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Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a heterojunction photovoltaic cell.
  • a photovoltaic cell is formed by a diode, for example, a p / n type junction made of a semiconductor material such as silicon.
  • the diode then comprises a zone doped with a p-type impurity, for example boron, and a zone doped with an n-type impurity, for example phosphorus.
  • Silicon heterojunction cells combine a crystalline silicon substrate, c-Si, associated with ultra-thin layers of amorphous silicon a-Si: H, deposited to form junctions with crystalline silicon.
  • the front face of this type of cell is covered by a stack of layers (full-plate deposit) so as to passivate the crystalline silicon surface and form an anti-reflective layer.
  • the front face, receiving side of the light is also textured to increase the optical path of the light in the device and to increase the absorption of solar radiation.
  • BSF Back Surface Field configuration
  • the emitter / BSF patterns of the rear face of the RCC-HIT cells have, for example, an interdigital geometry.
  • Two metal grids can be used to collect minority and majority carriers respectively on its back side.
  • the rear face of the cells is usually completely polished because a polished surface facilitates the manufacture of said patterns by conventional techniques (screen printing, laser engraving, photolithography, etc.). Nevertheless, if the definition of these motifs is not restrictive, this face be textured in the same way as the light-receiving face.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to propose a process for producing a heterojunction photovoltaic cell making it possible to produce thin-film patterns in a simplified manner, and making it possible to obtain a photovoltaic cell presenting better yields.
  • a) providing a crystalline silicon substrate comprising a main surface provided with at least one textured area covered with a first layer having a first type of p or n conductivity and a flat area, b) forming a second layer having a second type of n or p conductivity, opposite the first conductivity type p or n, simultaneously with the surface of the textured zone covered with the first layer and on the surface of the flat zone of the main face,
  • the portion of the second layer deposited on the surface of the textured zone covered with the first layer has a thickness e t smaller than the thickness e p of the portion of the second layer deposited on the surface of the planar zone, so that at the end of the etching step c), only the portion of the second layer deposited on the surface of the planar zone is retained.
  • the substrate forms a p / n junction with the layer selected from one of the first and second layers and has a conductivity type opposite to that of the substrate.
  • FIGS. 1a to 1i show schematically, in section, various steps of a method for producing a photovoltaic cell being produced, according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 2a to 2d show schematically, in section, various steps of a method for producing a substrate having a planar zone and a textured zone according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 3a to 3f show, schematically, in section, various steps of a method for producing a substrate having a planar zone and a textured zone according to another embodiment of the invention
  • FIG. 4a to 4d show schematically, in section, different steps of a method for producing a photovoltaic cell being developed, according to another embodiment of the invention.
  • the method for producing a heterojunction photovoltaic cell comprises the following successive steps:
  • a crystalline silicon substrate 1 comprising a main face provided with at least one textured zone 2a covered with a first layer 4 having a first conductivity type p or n 4 and a flat area 2b,
  • the portion of the second layer deposited on the surface of the textured zone 2a covered with the first layer has a thickness e t smaller than the thickness e p of the portion of the second layer deposited on the surface of the flat zone 2b, so that after the etching step c), only the portion of the second layer 3 deposited on the surface of the plane zone 2b is retained.
  • the substrate 1 forms a junction p / n with the layer chosen from one of the first and second layers 3, 4 and which has a conductivity type opposite to that of the substrate.
  • the silicon substrate 1, supplied in step a) is crystalline, that is to say monocrystalline or polycrystalline.
  • the substrate comprises a first face, the main face, and a second face.
  • the second face is advantageously intended to form the front face of the photovoltaic cell.
  • the front is the receiving side of the light. It can be textured to increase the absorption of light.
  • the main face is intended to form the rear face of the photovoltaic cell. It is provided with at least one textured zone 2a and at least one flat zone 2b. Textured area means that the area has reliefs, the reliefs being at least 2 ⁇ high. The height is measured perpendicularly to the plane zone 2b of the substrate. The distance is the height between two reliefs.
  • the textured zone 2a is in the form of pyramids.
  • the pyramids have a height of between 2 ⁇ and 20 ⁇ , and even more preferentially, between 2 ⁇ and 7 ⁇ .
  • Pyramids advantageously have a uniform height, that is to say that on the same textured area all the pyramids have the same height to a few micrometers. For example, for pyramids 5 ⁇ high, all pyramids have a height of 5 ⁇ 2 ⁇ .
  • plane area is meant a surface having a roughness between ⁇ , ⁇ and 1 ⁇ , and preferably between 0.2 ⁇ and 0.3 ⁇ .
  • the textured zone 2a is covered with a first amorphous layer of a first conductivity type 4.
  • the flat zone 2b is not covered by the first amorphous layer 4.
  • the geometry of the amorphous layer of the first conductivity type 4 follows the geometry of the textured zone 2a.
  • the first layer 4 and the second layer 3 are, preferably, amorphous and, even more preferentially, amorphous silicon.
  • the first amorphous layer 4 is doped. It is of a first type of conductivity.
  • the substrate is of a conductivity type opposite to the conductivity type of the first amorphous layer 4, so as to form a p / n type heterojunction with the substrate.
  • the substrate is of N-type crystalline silicon and the first amorphous layer 4 is p-doped amorphous silicon, (p) a-Si: H.
  • the first amorphous layer 4 plays the role of 'transmitter.
  • the substrate is of the same type of conductivity as the first amorphous layer 4.
  • the substrate is p-type crystalline silicon and the first amorphous layer 4 is p-doped amorphous silicon, (p) a-Si: H.
  • the first amorphous layer 4 plays the role of BSF.
  • the amorphous silicon layer 4 of the first conductivity type is formed of a stack of a first undoped or slightly doped layer covered with a doped layer.
  • the first layer in contact with the substrate, not or little doped, passive interface.
  • Effective passivation can be achieved by means of a first layer having a thickness of between 3 and 10 nm, and preferably between 3 nm and 4 nm.
  • little doping is meant, for example, a doping of the order of 11 cm.sup.- 3
  • the first layer is advantageously of intrinsic amorphous silicon, (i) a-Si: H.
  • the second layer is doped, type N or P, depending on the desired doping, and provides the electric field necessary for the collection of carriers.
  • This layer advantageously has a thickness ranging from 3 to 30 nm, and preferably from 10 to 15 nm.
  • the resulting stack of layers will be (i) a-Si: H / (p) a-Si: H or (i) a-Si: H / (n) a-Si: H depending on the type of doping desired.
  • the emitter and / or the BSF of the solar cell can advantageously be made using intrinsic amorphous silicon materials (i) a-Si: H, in combination with microcrystalline silicon c-Si: H, doped.
  • the percentage of crystallinity is advantageously between 30% and 60%.
  • These materials are advantageously deposited by PECVD but can be deposited by other techniques such as chemical vapor deposition by hot filament (HW-CVD) for example.
  • the thickness of the amorphous layer 4 is advantageously between 6 nm and 30 nm.
  • the amorphous silicon layer of a first conductivity type 4 is covered with a sacrificial barrier layer 5, before the deposition of the second amorphous layer of a second conductivity type 3.
  • the amorphous silicon layer 4 is disposed between the crystalline silicon substrate 1 and the sacrificial barrier layer 5.
  • the sacrificial barrier layer 5 advantageously protects the first amorphous layer 4 during the etching step.
  • a second amorphous layer of a second conductivity type 3 is deposited on the textured portion 2a and on the flat portion 2b.
  • the second amorphous layer 3 deposited on the textured zone 2a has a thickness e t less than the thickness e p of the second amorphous layer 3 deposited on the flat zone 2b.
  • the difference in thickness comes from the ratio between the effective or effective surfaces of a textured zone and a flat zone (also called non-textured zone) for the same given flow of species reaching the substrate 1.
  • the thickness ratio of e p / e t is from 1, 5 to 2, and preferably, it is 1, 6-1, 7.
  • the thickness of the second amorphous layer 3 deposited on the plane zone 2b is between 5 nm and 50 nm, before the etching step.
  • the thickness of the second amorphous layer 3 deposited on the plane zone 2b is between 10 nm and 40 nm.
  • the amorphous layer 3 is advantageously deposited by plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD).
  • PECVD plasma-assisted chemical vapor deposition
  • the deposit could be made by any other suitable technique.
  • the deposit is advantageously made full plate.
  • the first type of conductivity is opposite to that of the second type of conductivity.
  • the substrate is of N-type crystalline silicon
  • the first amorphous layer 4 is p-doped amorphous silicon
  • the second amorphous layer is silicon
  • the first amorphous layer 4 acts as an emitter and the second amorphous layer 3 makes it possible to form an amorphous doped n, (i) a-Si: H / (n) a-Si: H. rear electric field BSF.
  • the positions of the transmitter and the BSF can be reversed.
  • the second amorphous layer 3, connected to the substrate 1, can form the junction p / n.
  • the amorphous silicon layer of the second conductivity type 3 may be formed of a stack of a first undoped or slightly doped layer covered with a doped layer.
  • they may not be in contact (in the case of a structure with a step between the flat area and the textured area, this difference in height being created during the formation of the substrate).
  • the second amorphous layer 3 is then etched (step c)).
  • the second amorphous layer 3 is advantageously etched in a single step. Only one etch chemistry is used to etch the thin film in one step.
  • the etching is advantageously a wet etching. This is for example an etching by means of an alkaline or acidic solution. Preferably, the etching is isotropic.
  • the layer 3 is etched simultaneously on the flat area 2b and on the textured area 2a.
  • the portion of the second layer deposited on the surface of the textured zone 2a has a thickness e t smaller than the thickness e p of the portion of the second layer deposited on the surface. of the plane zone 2b, it is possible to adjust the etching time so as to completely etch the part of the second amorphous layer 3 disposed at the level of the textured area, and, at the same time, so as to leave a portion of the thin layer disposed at the level of the flat area 2b.
  • the etching rate of the second amorphous layer 3 is identical at the level of the plane zone 2b and at the level of the textured zone 2a.
  • the thickness of the second amorphous layer 3 at the level of the plane zone 2b, obtained after the etching step, is advantageously between 3 nm and 40 nm, and even more preferably between 6 nm and 30 nm.
  • This range of thickness is sufficient to properly passivate the surface while avoiding resistive losses in the layers.
  • the second amorphous layer 3 is self-aligned with the planar area without using a step with an etching mask to be aligned.
  • the etching of the amorphous second amorphous silicon layer 3 (step c) - FIG. 1 c) is advantageously a wet etching.
  • the etching solution is chosen from HF-O 3 , KOH, NH 4 OH, TMAH, N 2 H 4, etc.).
  • the concentration of the etching solution is between 1 and 30%.
  • An isotropic plasma etching may be considered as an alternative.
  • the sacrificial barrier layer 5 protects the amorphous layer of the first conductivity type 4 during the etching of the second amorphous layer 3. After the etching step, the sacrificial barrier layer 5 is advantageously removed (FIG. 1d). It can be removed by any suitable technique.
  • the complete etching of the sacrificial barrier layer or the stack of layers forming the sacrificial barrier layer is advantageously carried out with chemical solutions such as HF, HNO 3 -HF or BOE ("Buffered oxide etch").
  • the etching can also be performed by dry etching or by laser etching.
  • Electrical contacts 8 may then be formed: a first electrical contact electrically connected to the first amorphous layer 4 and a second electrical contact electrically connected to the second amorphous layer 3.
  • the first electrical contact and the second electrical contact are electrically dissociated.
  • the contacts have no interface with the substrate to prevent short circuits.
  • Electrical contact materials are electrically conductive. They are for example aluminum and / or ITO.
  • the electrically conductive contacts 8 can be deposited by any suitable technique, preferably by spraying, electrochemical deposition, screen printing, evaporation, inkjet.
  • Figures 1 e to 1 i represent different steps of a preferred embodiment for forming the electrical contacts of the photovoltaic cell.
  • the electrical contacts are formed according to the following successive steps:
  • OTC or TCO transparent conductive oxide
  • the etching is, for example, carried out with a solution of HCI,
  • the paste 7 is an electrically conductive paste, the last two steps are not performed.
  • the paste 7 then advantageously serves as a pattern for etching the OTC layer 6 and, at the same time, it forms electrical contacts.
  • step a) of the method described above can be obtained by several embodiments which will now be described.
  • the substrate provided in step a) is produced according to the following successive steps (FIGS. 2a to 2d):
  • a planar substrate can be etched with a chemical solution of KOH, NH 4 OH, TMAH, N 2 H at concentrations of between 1% and 10%.
  • the geometry of the deposited layers advantageously follows the geometry of the main face of the substrate, so as to maintain a planar zone and a textured zone.
  • the layers When layers are deposited on the flat area 2b, the layers also have a flat surface 2b.
  • the layers deposited on the textured zone 2a preferably have the same geometry as the textured zone 2a. This is a compliant deposit.
  • the sacrificial barrier layer deposited during step ii) may be formed of a single layer or a stack of layers of different materials.
  • the material or materials will be chosen from SiN, SiC, or Al 2 O 3.
  • the sacrificial barrier layer 5 is an S1O2 layer.
  • the thickness of the barrier layer 5 is between 50nm and 1 ⁇ , and preferably between ⁇ , ⁇ and 1 ⁇ .
  • the choice of the nature and the thickness of the sacrificial barrier layer 5 is made according to the structure and the stresses present.
  • the sacrificial barrier layer 5 may be deposited by any suitable technique chosen by those skilled in the art.
  • the portion of the first amorphous layer 4 not protected by the sacrificial barrier layer 5 is preferably wet etched (step iii).
  • it is etched with a solution of KOH, NH OH, TMAH, or N 2 H having a concentration of 10% to 30%.
  • the deposits of both the first amorphous layer 4 and the sacrificial barrier layer 5 could be made, both, full plate.
  • the method comprises the following steps (replacing steps ii and Ni):
  • Ni ' etch the sacrificial barrier layer 5 and the amorphous silicon layer 4, so as to release a portion of the textured face of the substrate.
  • Laser etching will advantageously be used to remove the barrier layer and the amorphous silicon layer 4.
  • the two layers will advantageously be removed during the same step.
  • the substrate not covered by the amorphous layer 4 and the sacrificial barrier layer 5, is polished with a chemical solution (KOH, NH 4 OH, TMAH, N 2 H 2 ) with concentrations typically understood. between 10 and 30%.
  • a chemical solution KOH, NH 4 OH, TMAH, N 2 H 2
  • This last step results in the formation of a substrate 1 having a flat zone 2b (the polished zone) and a textured zone 2a (FIG. 2d).
  • the polishing step is further advanced and leads to the formation of a difference in height between the base of the pyramids and the surface of the planar zone.
  • This difference in height (or step) can be of the order of 5-20 ⁇ .
  • the substrate 1 supplied in step a) is obtained according to the following successive steps (FIGS. 3a to 3f):
  • the thickness of the barrier layer 5" is between 50 nm and 1 ⁇ m, and preferably , between ⁇ , ⁇ and 1 ⁇ .
  • etching solutions and the deposition techniques are the same as those described in the first embodiment of the substrate 1.
  • this same method can be used on a crystalline silicon substrate provided with a p / n junction and whose main face of the substrate 1 comprises a textured zone 2a disposed between two planar zones 2b, 2b '(FIG. 4a).
  • the stack shown in Figure 4a is obtained according to steps a, b and c) shown in Figures 1a to 1d.
  • Axis AA ' represents an axial plane of symmetry. On either side of the axis, we find the cell of Figure 1 d.
  • the textured zone 2a is covered with a first amorphous silicon layer of a first conductivity type 4.
  • planar zones 2b, 2b ' are covered with a second amorphous silicon thin layer of a second conductivity type 3.
  • the amorphous layers 4, 3 are not superimposed, do not overlap each other.
  • a conductive transparent oxide layer 6 is formed on this stack, shown in FIG. 4a, according to the following steps:
  • a ' providing a crystalline silicon substrate 1 comprising a main surface provided with at least one textured area 2a covered with a first layer of a first conductivity type 4 and a flat area 2b covered with a second layer of a second type of conductivity 3,
  • the substrate 1 forms a junction p / n with the first layer 4 or with the second layer 3.
  • the first layer 4 and the second layer 3 are advantageously of amorphous material.
  • the conductive transparent oxide layer 6 is, preferably, an indium-tin oxide layer.
  • the OTC thin film 6 has two thicknesses: a first thickness at the textured zone 2a and a second thickness at the flat areas 2b, 2b '. The first thickness is less than the second thickness.
  • the thin layer 6 covers the two amorphous silicon layers 4, 3.
  • the method comprises an additional step, before the etching step c), in which a paste 7 is deposited on the OTC layer 6, so as to cover part of the textured zone 2a. .
  • the paste 7 can be deposited by screen printing.
  • the OTC thin film 6 is then etched (step c) so as to make part of the first and second amorphous layers 3, 4 accessible.
  • the OTC thin film 6 may be etched by wet etching.
  • the wet etching is preferably carried out with a solution of HCl or HF.
  • the etching is performed so as to remove the OTC layer 6 at the level of the textured zone 2a not covered by the insulating paste, and so as to leave only the OTC layer 6 at the level of the flat area 2b.
  • the OTC layer 6 is in three distinct parts: a part on each plane zone 2b, 2b 'and a part placed between the amorphous layer 4 and the paste 7, at the level of the part textured 2a ( Figure 4d).
  • the paste 7 is electrically insulating, the paste 7 is removed, and electrical contacts 8 are formed on the conductive transparent oxide layer 6.
  • a first contact is formed on the first amorphous layer of the first conductivity type 4 and a second contact is formed on the second amorphous layer of the second conductivity type 3.
  • the stack shown in FIG. 4a can be obtained as described above, that is to say according to steps a) to c) of FIGS. 1a to 1e, but it could also be envisaged to be realized. by other techniques.
  • the heterojunction photovoltaic cell obtained according to one of the processes described above, comprises:
  • a crystalline silicon substrate 1 comprising a main face provided with at least one textured zone 2a and a flat zone 2b,
  • a second amorphous layer of a second conductivity type 3 covering only the flat area 2b.
  • the substrate 1 forms a p / n junction with the first amorphous layer 4 or with the second amorphous layer 3.
  • a conductive transparent oxide layer covers the first and second amorphous layers 4, 3.
  • An electrical contact is disposed on the conductive transparent oxide layer 6 at the textured area 2a.
  • a second electrical contact is arranged on the conductive transparent oxide layer 6 at the level of the flat area 2b.
  • the conductive transparent oxide layer will, advantageously, subsequently split into two parts so as to isolate the two electrical contacts of the first 4 and second 3 layers.
  • the method makes it possible to obtain a photovoltaic cell whose main face, in this case the rear face, comprises textured zones and alternately polished zones.
  • the polished and textured surfaces advantageously have a difference in reflectivity. This difference in reflectivity can be used to facilitate the localized deposition of metal grids, for example by screen printing.
  • the process comprises the following successive steps:
  • the amorphous silicon layers are deposited by PECVD (temperature: 180-200 ° C., pressure 0.8-1.5 Torr).
  • the thickness of the intrinsic silicon layer is between 3 and 10 nm and the thickness of the doped amorphous layer is between 3 and 30 nm.
  • This method is simple to implement and makes it possible to easily produce thin film patterns on substrates.
  • the method of realization comprises steps using selective chemistries to etch certain localized areas of the rear face of the photovoltaic cell in order to texture or polish them.
  • the method can also be used to form patterns on the front face of a silicon substrate for manufacturing solar cells with different structures.
  • the production method has been described for a photovoltaic cell comprising a silicon heterojunction.
  • the process could be applied for other materials.
  • the heterojunction could be in any other suitable material like semiconductors Group III-V compounds or metal oxides. It could be, for example, a junction like CdS / CdTe or based on organic materials such as PEDOT / PSS (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)), or even copper di-selenide indium or gallium arsenide.

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Abstract

Procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction et cellule photovoltaïque ainsi obtenue 5 Procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comprenant les étapes successives suivantes: fournir un substrat (1) en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée (2a) recouverte d'une première couche (4) présentant un premier type de conductivité p ou n (4) et une zone plane (2b), former une seconde couche (3) présentant un second type de conductivité n ou p, opposé au premier type de conductivité p ou n, simultanément à la surface de la zone texturée (2a) recouverte de la première couche (4) et à la surface de la zone plane (2b) de la face principale, graver la seconde couche (3), A l'issue de l'étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée (2a) recouverte de la première couche présente une épaisseur et inférieure à l'épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane (2b), de sorte qu'à l'issue de l'étape c) de gravure, seule la partie de la seconde couche (3) déposée à la surface de la zone plane (2b) est conservée.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UNE CELLULE PHOTOVOLTAIQUE A HETEROJONCTION
Domaine technique de l'invention
L'invention est relative à un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction. État de la technique
De manière conventionnelle, une cellule photovoltaïque est formée par une diode, par exemple, une jonction de type p/n réalisée dans un matériau semiconducteur tel que le silicium. La diode comporte alors une zone dopée par une impureté de type p, par exemple du bore, et une zone dopée par une impureté de type n, par exemple du phosphore.
Les cellules à hétérojonction de silicium, combinent un substrat en silicium cristallin, c-Si, associé à des couches ultra-minces de silicium amorphe a-Si : H, déposées pour former des jonctions avec le silicium cristallin.
Classiquement, dans une cellule à hétérojonction contactée en face arrière (cellules RCC-HIT), la face avant de ce type de cellule est recouverte par un empilement de couches (dépôt pleine plaque) de manière à passiver la surface du silicium cristallin et à former une couche antireflet. La face avant, face réceptrice de la lumière, est également texturée afin d'augmenter le chemin optique de la lumière dans le dispositif et pour augmenter l'absorption du rayonnement solaire. Des recherches ont été réalisées afin d'améliorer la collecte des paires électron-trou, la configuration à champ arrière « Back Surface Field » en anglais ou BSF est avantageuse. Ce champ améliore les caractéristiques électriques de la cellule solaire, en particulier, la tension en circuit ouvert par réduction du courant d'obscurité. En effet, les porteurs devenus minoritaires après leur injection dans la zone arrière s'éloignent de la zone de déplétion. Le champ électrique arrière « BSF » les repousse vers la jonction.
Enfin, de nouvelles architectures ont été proposées afin de libérer la surface de collection, la surface avant. Les cellules à contact en face arrière, en anglais « Rear Contact Cell » RCC, permettent d'avoir à la fois les zones d'émetteur et BSF localisés sur la face arrière et ainsi d'éviter les ombrages dus à la métallisation de la face avant.
Les motifs émetteur/BSF de la face arrière des cellules RCC-HIT présentent, par exemple, une géométrie interdigitale.
Deux grilles métalliques peuvent être utilisées pour collecter respectivement les porteurs minoritaires et majoritaires sur sa face arrière.
La face arrière des cellules est habituellement totalement polie car une surface polie facilite la fabrication desdits motifs par des techniques conventionnelles (sérigraphie, gravure laser, photolithographie...). Néanmoins, si la définition de ces motifs n'est pas restrictive, cette face être texturée de la même façon que la face réceptrice de lumière.
Ces architectures, et plus particulièrement la réalisation des motifs émetteur/BSF, sont, cependant, relativement complexes à mettre en œuvre, notamment sur des substrats texturés, et présentent des risques de mauvais rendement. Objet de l'invention
L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un procédé de réalisation de cellule photovoltaïque à hétérojonction permettant de réaliser des motifs de couches minces de façon simplifiée, et permettant d'obtenir une cellule photovoltaïque présentant de meilleurs rendements.
Cet objet est atteint par un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
a) fournir un substrat en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée recouverte d'une première couche présentant un premier type de conductivité p ou n et une zone plane, b) former une seconde couche présentant un second type de conductivité n ou p, opposé au premier type de conductivité p ou n, simultanément à la surface de la zone texturée recouverte de la première couche et à la surface de la zone plane de la face principale,
c) graver la seconde couche.
A l'issue de l'étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée recouverte de la première couche présente une épaisseur et inférieure à l'épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane, de sorte qu'à l'issue de l'étape c) de gravure, seule la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane est conservée.
Le substrat forme une jonction p/n avec la couche choisie parmi l'une des première et seconde couches et qui présente un type de conductivité opposé à celui du substrat. 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 aux dessins annexés, dans lesquels :
- les figures 1 a à 1 i représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque en cours d'élaboration, selon un mode de réalisation de l'invention,
- les figures 2a à 2d, représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d'un procédé de réalisation d'un substrat présentant une zone plane et une zone texturée selon un mode de réalisation de l'invention,
- les figures 3a à 3f, représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d'un procédé de réalisation d'un substrat présentant une zone plane et une zone texturée selon un autre mode de réalisation de l'invention,
- les figures 4a à 4d, représentent, de manière schématique, en coupe, différentes étapes d'un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque en cours d'élaboration, selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention
Comme représenté sur les figures 1 a à 1c, le procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comprend les étapes successives suivantes :
a) fournir un substrat 1 en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée 2a recouverte d'une première couche 4 présentant un premier type de conductivité p ou n 4 et une zone plane 2b,
b) former une seconde couche 3 présentant un second type de conductivité n ou p, opposé au premier type de conductivité p ou n, simultanément à la surface de la zone texturée 2a recouverte de la première couche 4 et à la surface de la zone plane 2b de la face principale,
c) graver la seconde couche 3.
A l'issue de l'étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée 2a recouverte de la première couche présente une épaisseur et inférieure à l'épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane 2b, de sorte qu'à l'issue de l'étape c) de gravure, seule la partie de la seconde couche 3 déposée à la surface de la zone plane 2b est conservée.
Le substrat 1 forme une jonction p/n avec la couche choisie parmi l'une des première et seconde couches 3, 4 et qui présente un type de conductivité opposé à celui du substrat.
Pour réaliser les cellules photovoltaïques à hétérojonction, le substrat 1 en silicium, fourni à l'étape a), est cristallin, c'est-à-dire monocristallin ou polycristallin.
Le substrat comprend une première face, la face principale, et une seconde face.
La seconde face est, avantageusement, destinée à former la face avant de la cellule photovoltaïque. La face avant est la face réceptrice de la lumière. Elle peut être texturée afin d'augmenter l'absorption de la lumière.
La face principale est destinée à former la face arrière de la cellule photovoltaïque. Elle est munie au moins d'une zone texturée 2a et au moins d'une zone plane 2b. Par zone texturée, on entend que la zone présente des reliefs, les reliefs ayant au moins 2μιη de hauteur. La hauteur est mesurée perpendiculairement à la zone plane 2b du substrat. La distance est la hauteur entre deux reliefs.
Préférentiellement, la zone texturée 2a est sous la forme de pyramides.
Les pyramides présentent une hauteur comprise entre 2μιη et 20μιη, et encore plus préférentiellement, entre 2μιη et 7μιη.
Les pyramides présentent avantageusement une hauteur homogène, c'est-à- dire que sur une même zone texturée toutes les pyramides ont la même hauteur à quelques micromètres près. Par exemple, pour des pyramides de 5μιη de hauteur, toutes les pyramides présentent une hauteur de 5±2μιη.
Par zone plane, on entend une surface présentant une rugosité comprise entre Ο,Οδμιη et 1μιη, et de préférence comprise entre 0,2μιη et 0,3μιη.
La zone texturée 2a est recouverte d'une première couche amorphe d'un premier type de conductivité 4. De préférence, la zone plane 2b n'est pas recouverte par la première couche amorphe 4.
La géométrie de la couche amorphe du premier type de conductivité 4 suit la géométrie de la zone texturée 2a. La première couche 4 et la seconde couche 3 sont, préférentiellement, amorphes et, encore plus préférentiellement, en silicium amorphe.
Il est envisageable d'utiliser à la place du silicium des matériaux semiconducteurs du groupe l l l-V.
La première couche amorphe 4 est dopée. Elle est d'un premier type de conductivité.
Préférentiellement, le substrat est d'un type de conductivité opposé au type de conductivité de la première couche amorphe 4, de manière à former une hétérojonction du type p/n avec le substrat. Par exemple, le substrat est en silicium cristallin de type N et la première couche amorphe 4 est en silicium amorphe dopé p, (p) a-Si: H. Dans ce mode de réalisation particulier, la première couche amorphe 4 joue le rôle d'émetteur. Dans un autre mode de réalisation, le substrat est du même type de conductivité que la première couche amorphe 4. Par exemple, le substrat est en silicium cristallin de type p et la première couche amorphe 4 est en silicium amorphe dopé p, (p) a-Si: H. Dans ce mode de réalisation particulier, la première couche amorphe 4 joue le rôle de BSF.
Selon un mode de réalisation préférentiel, pour assurer une meilleure durée de vie des porteurs à l'interface, i.e. pour minimiser la recombinaison des porteurs, la couche en silicium amorphe 4 du premier type de conductivité est formée d'un empilement d'une première couche non ou peu dopée recouverte d'une couche dopée.
La première couche, en contact avec le substrat, pas ou peu dopée, passive l'interface. Une passivation efficace peut être obtenue au moyen d'une première couche ayant une épaisseur comprise entre 3 et 10 nm, et de préférence entre 3nm et 4nm. Par peu dopée, on entend par exemple un dopage de l'ordre de 1 .1011cm"3. La première couche est, avantageusement, en silicium amorphe intrinsèque, (i) a-Si :H.
La seconde couche est dopée, de type N ou P, selon le dopage désiré, et assure le champ électrique nécessaire à la collecte des porteurs. Cette couche présente, avantageusement, une épaisseur allant de 3 à 30nm, et de préférence entre 10 et 15nm. L'empilement de couches résultant sera (i) a-Si : H / (p) a-Si: H ou (i) a-Si : H / (n) a-Si: H selon le type de dopage désiré.
L'émetteur et/ou le BSF de la cellule solaire peuvent être réalisés, avantageusement, en utilisant des matériaux silicium amorphe intrinsèque (i)a- Si :H, en combinaison avec du silicium microcristallin c-Si :H, dopé. Le pourcentage de cristallinité est, avantageusement, compris entre 30% et 60%. Ces matériaux sont, avantageusement, déposés par PECVD mais peuvent être déposés grâce à d'autres techniques comme le dépôt chimique en phase vapeur par filament chaud (HW-CVD) par exemple.
L'épaisseur de la couche amorphe 4 est, avantageusement, comprise entre 6nm et 30nm. Préférentiellement, et comme représenté sur la figure 1 a, la couche en silicium amorphe d'un premier type de conductivité 4 est recouverte d'une couche barrière sacrificielle 5, avant le dépôt de la seconde couche amorphe d'un second type de conductivité 3. La couche en silicium amorphe 4 est disposée entre le substrat 1 en silicium cristallin et la couche barrière sacrificielle 5.
La couche barrière sacrificielle 5 permet, avantageusement, de protéger la première couche amorphe 4 lors de l'étape de gravure. Lors de l'étape b), une seconde couche amorphe d'un second type de conductivité 3 est déposée sur la partie texturée 2a et sur la partie plane 2b. La seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone texturée 2a présente une épaisseur et inférieure à l'épaisseur ep de la seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone plane 2b.
Sans être lié par la théorie, la différence d'épaisseur provient du rapport entre les surfaces efficaces, ou effectives, d'une zone texturée et d'une zone plane (aussi appelée zone non texturée) pour un même flux donné d'espèces atteignant le substrat 1 . Le rapport des épaisseurs ep/et va de 1 ,5 à 2, et préférentiellement, il va de 1 ,6 à 1 ,7.
L'épaisseur de la seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone plane 2b est comprise entre 5nm et 50nm, avant l'étape de gravure. Préférentiellement, l'épaisseur de la seconde couche amorphe 3 déposée sur la zone plane 2b est comprise entre 10nm et 40nm.
La couche amorphe 3 est, avantageusement, déposée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). Le dépôt pourrait être réalisé par toute autre technique adaptée.
Le dépôt est, avantageusement, réalisé pleine plaque.
Le premier type de conductivité est opposé à celui du second type de conductivité. Par exemple, le substrat est en silicium cristallin de type N, la première couche amorphe 4 est en silicium amorphe dopé p, (i) a-Si : H / (p) a-Si: H et la seconde couche amorphe est du silicium amorphe dopé n, (i) a-Si: H / (n) a-Si: H. Dans ce mode de réalisation particulier, la première couche amorphe 4 joue le rôle d'émetteur et la seconde couche amorphe 3 permet de former un champ électrique arrière BSF.
Les positions de l'émetteur et du BSF peuvent être inversées. La seconde couche amorphe 3, connectée au substrat 1 , peut former la jonction p/n.
Tout comme la première couche amorphe dopée du premier type de conductivité 4, la couche en silicium amorphe du second type de conductivité 3 peut être formée d'un empilement d'une première couche non ou peu dopée recouverte d'une couche dopée.
Avantageusement, seules les faces latérales des couches amorphes 3, 4 sont en contact.
Selon un autre mode de réalisation, elles pourraient ne pas être en contact (cas d'une structure avec une marche entre la zone plane et la zone texturée, cette différence de hauteur étant créée lors de la formation du substrat).
La seconde couche amorphe 3 est ensuite gravée (étape c)).
La seconde couche amorphe 3 est, avantageusement, gravée en une seule étape. Une seule chimie de gravure est utilisée pour graver la couche mince en une seule étape. La gravure est, avantageusement, une gravure humide. Il s'agit par exemple d'une gravure au moyen d'une solution alcaline ou acide. Préférentiellement, la gravure est isotrope.
La couche 3 est gravée simultanément sur la zone plane 2b et sur la zone texturée 2a.
Comme à l'issue de l'étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée 2a présente une épaisseur et inférieure à l'épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane 2b, il est possible d'ajuster la durée de gravure de manière à graver totalement la partie de la seconde couche amorphe 3 disposée au niveau de la zone texturée, et, en même temps, de manière à laisser une partie de la couche mince disposée au niveau de la zone plane 2b.
De préférence, la vitesse de gravure de la seconde couche amorphe 3 est identique au niveau de la zone plane 2b et au niveau de la zone texturée 2a. L'épaisseur de la seconde couche amorphe 3 au niveau de la zone plane 2b, obtenue après l'étape de gravure, est, avantageusement, comprise entre 3nm et 40nm, et encore, plus préférentiellement, entre 6nm et 30nm.
Cette gamme d'épaisseur est suffisante pour passiver correctement la surface tout en évitant les pertes résistives dans les couches.
La seconde couche amorphe 3 est auto-alignée avec la zone plane sans utiliser d'étape avec un masque de gravure à aligner.
La gravure de la seconde couche amorphe 3 en silicium amorphe (étape c) - figure 1 c) est, avantageusement, une gravure humide. La solution de gravure est choisie parmi HF-O3, KOH, NH4OH, TMAH, N2H4...). La concentration de la solution de gravure est comprise entre 1 et 30%.
Una gravure plasma isotrope peut être envisagée en alternative.
La couche barrière sacrificielle 5 protège la couche amorphe du premier type de conductivité 4 lors de la gravure de la seconde couche amorphe 3. Après l'étape de gravure, la couche barrière sacrificielle 5 est, avantageusement, retirée (figure 1d). Elle peut être retirée par toute technique adaptée.
La gravure complète de la couche barrière sacrificielle ou de l'empilement de couches formant la couche barrière sacrificielle est, avantageusement, réalisée avec des solutions chimiques telles que HF, HN03-HF ou BOE (« Buffered oxide etch »). La gravure peut également être réalisée par une gravure sèche ou encore par une gravure laser.
Le type de gravure, et notamment, la solution de gravure utilisée dans le cas d'une gravure humide, seront choisis de manière à ne pas détériorer les couches en silicium amorphe (émetteur et BSF). Des contacts électriques 8 peuvent être ensuite formés : un premier contact électrique connecté électriquement à la première couche amorphe 4 et un second contact électrique connecté électriquement à la seconde couche amorphe 3.
Le premier contact électrique et le deuxième contact électrique sont électriquement dissociés. Les contacts n'ont pas d'interface avec le substrat pour empêcher les courts-circuits.
Les matériaux de contact électrique sont électriquement conducteurs. Ils sont par exemple en aluminium et/ou en ITO.
Les contacts électriquement conducteurs 8 peuvent être déposés par toute technique adaptée, préférentiellement par pulvérisation, dépôt électrochimique, sérigraphie, évaporation, jet d'encre.
Les figures 1 e à 1 i représentent différentes étapes d'un mode de réalisation préférentiel pour former les contacts électriques de la cellule photovoltaïque. Les contacts électriques sont formés selon les étapes successives suivantes :
- dépôt d'une couche électriquement conductrice 6 en oxyde transparent conducteur (OTC ou TCO pour « transparent conductive oxide »), de préférence en oxyde d'indium-étain, sur la première couche amorphe de première conductivité 4 et sur la seconde couche amorphe de seconde conductivité 3 (figure 1 e),
- dépôt d'une pâte isolante 7 sur la couche d'OTC 6, sur la première couche amorphe de première conductivité 4 et sur la seconde couche amorphe de seconde conductivité 3, la couche en oxyde transparent conducteur 6 séparant la pâte isolante 7 des couches amorphes 3, 4
(figure 1 f),
- gravure de la couche d'OTC 6 non recouverte par la pâte isolante 7, de manière à séparer la couche d'OTC en deux parties distinctes, la première partie étant électriquement connectée à la couche amorphe de première conductivité 4 et la deuxième partie étant électriquement connectée à la seconde couche amorphe de seconde conductivité 3 (figure 1 g) ; la gravure est, par exemple, réalisée avec une solution de HCI,
- gravure de la pâte isolante 7 avec une solution alcaline, par exemple avec une solution de KOH (figure 1 h),
- former des contacts électriques 8 sur la couche en oxyde transparent conducteur, par exemple par sérigraphie (figure 1 i).
Dans le cas où la pâte 7 est une pâte électriquement conductrice, les deux dernières étapes ne sont pas réalisées. La pâte 7 sert alors, avantageusement, de motifs pour graver la couche d'OTC 6 et, en même temps, elle forme des contacts électriques.
Le substrat utilisé à l'étape a) du procédé décrit précédemment peut être obtenu par plusieurs modes de réalisation qui vont à présent être décrits.
Dans un premier mode de réalisation, le substrat fourni à l'étape a) est réalisé selon les étapes successives suivantes (figures 2a à 2d) :
i. déposer une couche en silicium amorphe d'un premier type de conductivité 4 sur une face entièrement texturée d'un substrat 1 (figures 2a),
ii. déposer une couche barrière sacrificielle 5, la couche barrière 5 recouvrant partiellement la couche en silicium amorphe 4 (figure 2b),
iii. graver la partie de la couche en silicium amorphe 4 non recouverte par la couche barrière sacrificielle 5, de manière à libérer une partie de la face principale du substrat (figure 2c), iv. polir la partie libérée de la face du substrat pour former une zone plane 2b (figure 2d).
Par entièrement texturée, on entend qu'au moins 90% de la face du substrat est texturée, et préférentiellement, au moins 95%. Pour obtenir une texture pyramidale sur un substrat 1 en silicium cristallin, un substrat plan peut être gravé par une solution chimique de KOH, NH OH, TMAH, N2H à des concentrations comprises entre 1 % et 10%. La géométrie des couches déposées suit, avantageusement, la géométrie de la face principale du substrat, de manière à conserver une zone plane et une zone texturée.
Lorsque des couches sont déposées sur la zone plane 2b, les couches présentent également une surface plane 2b.
Les couches déposées sur la zone texturée 2a présentent, de préférence, la même géométrie que la zone texturée 2a. Il s'agit d'un dépôt conforme.
La couche barrière sacrificielle 5 déposée, lors de l'étape ii), peut être formée d'une seule couche ou d'un empilement de couches de différents matériaux. Préférentiellement, le ou les matériaux seront choisis parmi SiN, SiC, ou AI2O3... Encore plus préférentiellement, la couche barrière sacrificielle 5 est une couche en S1O2.
L'épaisseur de la couche barrière 5 est comprise entre 50nm et 1μιη, et préférentiellement, entre Ο,δμιη et 1 μιη.
Le choix de la nature et de l'épaisseur de la couche barrière sacrificielle 5 est réalisé selon la structure et les contraintes présentes.
La couche barrière sacrificielle 5 peut être déposée par toute technique adaptée choisie par l'homme du métier. La partie de la première couche amorphe 4 non protégée par la couche barrière sacrificielle 5 est, préférentiellement, gravée par voie humide (étape iii). Préférentiellement, elle est gravée avec une solution de KOH, de NH OH, de TMAH, ou de N2H présentant une concentration de 10% à 30%. Selon un mode de réalisation préférentiel, les dépôts à la fois de la première couche amorphe 4 et de la couche barrière sacrificielle 5 pourraient être réalisés, tous les deux, pleine plaque. Le procédé comprend les étapes suivantes (en remplacement des étapes ii et Ni) :
ii'. déposer une couche barrière sacrificielle 5 sur la couche en silicium amorphe 4,
Ni', graver la couche barrière sacrificielle 5 et la couche en silicium amorphe 4, de manière à libérer une partie de la face texturée du substrat.
Une gravure laser sera, avantageusement, utilisée pour retirer la couche barrière et la couche en silicium amorphe 4.
Les deux couches seront, avantageusement, retirées lors d'une même étape.
Lors de l'étape iv), le substrat, non recouvert par la couche amorphe 4 et la couche barrière sacrificielle 5 est poli avec une solution chimiques (KOH, NH OH, TMAH, N2H ...) ayant des concentrations comprises typiquement entre 10 et 30%.
Cette dernière étape aboutit à la formation d'un substrat 1 présentant une zone plane 2b (la zone polie) et une zone texturée 2a (figure 2d).
Sur la figure 2d, la base des pyramides coïncide avec la surface de la zone plane 2b.
Cependant, selon certains modes de réalisation, l'étape de polissage est plus avancée et conduit à la formation d'une différence de hauteur entre la base des pyramides et la surface de la zone plane. Cette différence de hauteur (ou marche) peut être de l'ordre de 5-20μηη.
Selon un second mode de réalisation, le substrat 1 fourni à l'étape a) est obtenu selon les étapes successives suivantes (figures 3a à 3f) :
I. déposer une première couche barrière sacrificielle 5' sur une face entièrement plane d'un substrat 1 (figure 3a),
II. retirer une partie de la première couche barrière sacrificielle 5', de manière à libérer une partie de la face du substrat 1 (figure 3b), III. former une zone texturée 2a sur la partie libérée du substrat 1 (figure 3c), IV. retirer totalement la première couche barrière sacrificielle 5', de manière à libérer la zone plane 2b du substrat (figure 3d),
V. déposer successivement une couche en silicium amorphe 4 d'un premier type de conductivité et une seconde couche barrière sacrificielle 5" sur la zone texturée 2a et sur la zone plane 2b du substrat 1 , la couche barrière sacrificielle 5" recouvrant, de préférence, totalement la couche en silicium amorphe 4 du premier type de conductivité, la couche amorphe 4 recouvrant à la fois la zone texturée 2a et la zone plane 2b du substrat (figure 3e), VI. graver localement la seconde couche barrière sacrificielle 5" et la couche en silicium amorphe 4, de manière à libérer la zone plane 2b du substrat (figure 3f). L'épaisseur de la couche barrière 5" est comprise entre 50nm et 1μιη, et préférentiellement, entre Ο,δμιη et 1 μιη.
Les solutions de gravure et les techniques de dépôt sont les mêmes que celles décrites dans le premier mode de réalisation du substrat 1.
Grâce à ce procédé, la réalisation des motifs émetteur/BSF d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction contactée en face arrière (RCC-HIT) est simplifiée, même pour réaliser des motifs présentant une géométrie interdigitée. Ce procédé peut être utilisé pour réaliser des cellules photovoltaïques présentant des architectures plus complexes.
Avantageusement, ce même procédé peut être utilisé sur un substrat en silicium cristallin muni d'une jonction p/n et dont la face principale du substrat 1 comprend une zone texturée 2a disposée entre deux zones planes 2b, 2b' (figure 4a). L'empilement représenté à la figure 4a est obtenu selon les étapes a, b et c) représentées aux figures 1 a à 1 d. L'axe AA' représente un plan de symétrie axial. De part et d'autre de l'axe, on retrouve la cellule de la figure 1 d.
La zone texturée 2a est recouverte d'une première couche en silicium amorphe d'un premier type de conductivité 4.
Les zones planes 2b, 2b' sont recouvertes d'une seconde couche mince en silicium amorphe d'un second type de conductivité 3.
De préférence, les couches amorphes 4, 3 ne se superposent pas, ne se recouvrent pas entre elles.
Une couche en oxyde transparent conducteur 6 est formée sur cet empilement, représenté à la figure 4a, selon les étapes suivantes :
a') fournir un substrat 1 en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée 2a recouverte d'une première couche d'un premier type de conductivité 4 et une zone plane 2b recouverte d'une seconde couche d'un second type de conductivité 3,
b') former une couche mince en oxyde transparent conducteur 6 simultanément sur la zone texturée 2a et sur la zone plane 2b de la face principale, la couche mince déposée sur la zone texturée 2a présentant une épaisseur et> inférieure à l'épaisseur ep> de la couche mince déposée sur la zone plane 2b,
c') graver la couche mince en oxyde transparent conducteur 6 simultanément sur la zone plane 2b et sur la zone texturée 2a, de manière à laisser uniquement une partie de la couche mince en oxyde transparent conducteur 6 sur la zone plane 2b.
Le substrat 1 forme une jonction p/n avec la première couche 4 ou avec la seconde couche 3. La première couche 4 et la seconde couche 3 sont, avantageusement, en matériau amorphe. La couche en oxyde transparent conducteur 6 est, préférentiellement, une couche en oxyde d'indium-étain. La couche mince en OTC 6 présente deux épaisseurs : une première épaisseur au niveau de la zone texturée 2a et une seconde épaisseur au niveau des zones planes 2b, 2b'. La première épaisseur est inférieure à la seconde épaisseur.
La couche mince 6 recouvre les deux couches en silicium amorphe 4, 3.
Préférentiellement, comme représenté à la figure 4c, le procédé comporte une étape additionnelle, avant l'étape de gravure c), dans laquelle une pâte 7 est déposée sur la couche en OTC 6, de manière à recouvrir une partie de la zone texturée 2a.
La pâte 7 peut être déposée par sérigraphie.
La couche mince en OTC 6 est ensuite gravée (étape c) de manière à rendre accessible une partie des première et seconde couche amorphes 3, 4. La couche mince en OTC 6 peut être gravée par une gravure humide.
La gravure humide est, préférentiellement, réalisée avec une solution de HCI ou de HF.
Avantageusement, la gravure est réalisée de manière à retirer la couche en OTC 6 au niveau de la zone texturée 2a non recouverte par la pâte isolante, et de manière à laisser uniquement la couche en OTC 6 au niveau de la zone plane 2b.
Une fois la couche en OTC 6 gravée, la couche d'OTC se présente en trois parties distinctes : une partie sur chaque zone plane 2b, 2b' et une partie disposée entre la couche amorphe 4 et la pâte 7, au niveau de la partie texturée 2a (figure 4d).
Si la pâte 7 est électriquement isolante, la pâte 7 est retirée, et des contacts électriques 8 sont formés sur la couche en oxyde transparent conducteur 6. Un premier contact est formé sur la première couche amorphe du premier type de conductivité 4 et un second contact est formé sur la seconde couche amorphe du second type de conductivité 3. L'empilement représenté à la figure 4a peut être obtenu comme décrit ci- dessus, c'est-à-dire selon les étapes a) à c) des figures 1 a à 1 e, mais il pourrait aussi être envisagé d'être réalisé par d'autres techniques.
La cellule photovoltaïque à hétérojonction, obtenue selon l'un des procédés décrits ci-dessus, comprend:
- un substrat 1 en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée 2a et une zone plane 2b,
- une première couche amorphe d'un premier type de conductivité 4 recouvrant uniquement la zone texturée 2a,
- une seconde couche amorphe d'un second type de conductivité 3 recouvrant uniquement la zone plane 2b. Le substrat 1 forme une jonction p/n avec la première couche amorphe 4 ou avec la seconde couche amorphe 3.
Selon un mode de réalisation particulier, une couche en oxyde transparent conducteur recouvre les première et seconde couches amorphes 4, 3.
Un contact électrique est disposé sur la couche en oxyde transparent conducteur 6 au niveau de la zone texturée 2a.
Un second contact électrique est disposé sur la couche en oxyde transparent conducteur 6 au niveau de la zone plane 2b.
La couche en oxyde transparent conducteur sera, avantageusement, ultérieurement séparée en deux parties de manière à isoler les deux contacts électriques des première 4 et seconde 3 couches.
Le procédé permet l'obtention de cellule photovoltaïque dont la face principale, ici la face arrière, comprend des zones texturées et des zones polies en alternance. Les surfaces polies et texturées présentent, avantageusement, une différence de réflectivité. Cette différence de réflectivité peut être utilisée pour faciliter le dépôt localisé de grilles métalliques, par sérigraphie par exemple.
Le procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction va maintenant être décrit à travers l'exemple suivant donné à titre illustratif et non limitatif.
Le procédé comporte les étapes successives suivantes :
1 . Texturation d'un substrat c-Si de type N dans une solution de KOH (concentration 1 %) pour former des pyramides.
2. Dépôt d'un empilement (i) a-Si :H / (p) a-Si:H sur une face texturée du substrat pour former l'émetteur. Les couches de silicium amorphes sont déposées par PECVD (température : 180-200°C ; pression 0,8-1 ,5 Torr). L'épaisseur de la couche de silicium intrinsèque est comprise entre 3 et 10nm et l'épaisseur de la couche amorphe dopée est comprise entre 3 et 30nm.
3. Dépôt localisé d'une couche sacrificielle de SiO2 par PECVD (température 180-200°C ; pression : 0,8-1 ,5 Torr). La couche obtenue présente une épaisseur allant de 50nm à 1000nm.
4. Gravure de la partie non protégée de l'émetteur par une solution concentrée de KOH (20%) afin de libérer une partie de la surface du substrat.
5. Polissage de la surface libérée du substrat par une solution concentrée de KOH (20%) afin de former une zone plane.
6. Dépôt de l'empilement du BSF : (i) a-Si :H / (n) a-Si:H. L'empilement est déposé par PECVD avec les mêmes conditions opératoires que pour l'étape 2. L'épaisseur de la couche de silicium amorphe dopée est comprise entre 5nm et 50nm, après dépôt et avant d'être gravée.
7. Gravure de la couche de BSF par une solution à faible concentration de KOH (1 %) jusqu'à graver complètement la couche de BSF au niveau de la zone texturée et partielle sur la partie plane (diminution de l'épaisseur initiale jusqu'à la valeur désirée, soit entre 3nm et 30nm).
8. Gravure complète de la couche SiO2 par une solution HF à faible concentration (5%).
9. Dépôt pleine plaque d'une couche conductrice en ITO par pulvérisation cathodique (température : environ 200°C ; pression 1 ,5.10"3Torr). L'épaisseur de la couche d'ITO déposée est comprise entre 50nm et 250nm.
10. Dépôt d'une pâte isolante au niveau de la zone texturée et de la zone plane.
1 1 . Gravure de TITO non protégé par la pâte isolante avec une solution de HCI ou de HF.
12. Gravure de la pâte isolante avec une solution alcaline (KOH).
13. Réalisation des contacts électriques de la cellule en face arrière par sérigraphie.
Ce procédé est simple à mettre en œuvre et permet de réaliser facilement des motifs de couches minces sur des substrats.
Il est, avantageusement, utilisé pour réaliser des motifs émetteur/BSF d'une cellule RCC-HIT.
Le procédé de réalisation comprend des étapes utilisant des chimies sélectives pour graver certaines zones localisées de la face arrière de la cellule photovoltaïque afin de les texturer ou de les polir.
Le procédé peut être également utilisé pour former des motifs sur la face avant d'un substrat en silicium pour la fabrication de cellules solaires avec différentes structures.
Le procédé de réalisation a été décrit pour une cellule photovoltaïque comportant une hétérojonction en silicium.
Le procédé pourrait être appliqué pour d'autres matériaux. L'hétérojonction pourrait être en tout autre matériau adapté comme des semi-conducteurs composés du groupe lll-V ou des oxydes métallique. Il pourrait s'agir, par exemple, d'une jonction comme CdS/CdTe ou à base de matériaux organique comme PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), ou encore de di-séléniure de cuivre indium ou d'arseniure de gallium.

Claims

Revendications
1. Procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
a) fournir un substrat (1 ) en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée (2a) recouverte d'une première couche (4) présentant un premier type de conductivité p ou n (4) et une zone plane (2b),
b) former une seconde couche (3) présentant un second type de conductivité n ou p, opposé au premier type de conductivité p ou n, simultanément à la surface de la zone texturée (2a) recouverte de la première couche (4) et à la surface de la zone plane (2b) de la face principale,
c) graver la seconde couche (3),
en ce qu'à l'issue de l'étape b), la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone texturée (2a) recouverte de la première couche présente une épaisseur et inférieure à l'épaisseur ep de la partie de la seconde couche déposée à la surface de la zone plane (2b), de sorte qu'à l'issue de l'étape c) de gravure, seule la partie de la seconde couche (3) déposée à la surface de la zone plane (2b) est conservée,
et en ce que le substrat (1 ) forme une jonction p/n avec la couche choisie parmi l'une des première et seconde couches (3, 4) et qui présente un type de conductivité opposé à celui du substrat.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première couche (4) et la seconde couche (3) sont en silicium amorphe.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone texturée (2a) est sous la forme de pyramides, les pyramides présentant une hauteur de 2μιη à 20μιη.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport des épaisseurs ep/et va de 1 ,5 à 2.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la seconde couche (3) déposée sur la zone plane (2b) est comprise entre 5nm et 50nm, avant l'étape de gravure.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, avant le dépôt de la seconde couche d'un second type de conductivité (3), la première couche d'un premier type de conductivité (4) est recouverte d'une couche barrière sacrificielle (5, 5"), la première couche (4) étant disposée entre le substrat (1 ) en silicium cristallin et la couche barrière sacrificielle (5, 5").
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat (1 ) fourni à l'étape a) est obtenu selon les étapes suivantes :
i'. déposer une couche d'un premier type de conductivité (4) sur une face entièrement texturée d'un substrat (1 ),
ii'. déposer une couche barrière sacrificielle (5) sur la couche (4), la couche barrière sacrificielle (5) ayant une épaisseur comprise entre 50nm et 1μιη,
iii'. graver la couche barrière sacrificielle (5) et la couche (4), de manière à libérer une partie de la face texturée du substrat, iv'. polir la partie libérée de la face du substrat pour former une zone plane (2b).
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat (1 ) fourni à l'étape a) est obtenu selon les étapes suivantes :
I. déposer une première couche barrière sacrificielle (5') sur une face entièrement plane d'un substrat (1 ), II. retirer une partie de la première couche barrière sacrificielle (5'), de manière à libérer une partie de la face plane du substrat (1 ),
III. former une zone texturée (2a) sur la partie libérée de la face du substrat (1 ),
IV. retirer totalement la première couche barrière sacrificielle (5'), de manière à libérer la zone plane (2b) du substrat,
V. déposer successivement une couche d'un premier type de conductivité (4) et une seconde couche barrière sacrificielle (5") sur la zone texturée (2a) et sur la zone plane (2a) de la face principale du substrat (1 ), la seconde couche barrière sacrificielle (5") recouvrant totalement la couche (4) du premier type de conductivité, la seconde couche barrière sacrificielle (5") ayant une épaisseur comprise entre 50nm et 1μιη,
VI. graver localement la seconde couche barrière sacrificielle (5") et la couche (4), de manière à libérer la zone plane (2b) de la face principale du substrat (1 ).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que, après l'étape c) de gravure de la seconde couche (3), la couche barrière sacrificielle (5, 5") est retirée.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'un premier type de conductivité (4) a une épaisseur comprise entre 6nm et 30nm.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (1 ) en silicium cristallin est du premier type de conductivité ou du second type de conductivité.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes additionnelles suivantes : - déposer une couche en oxyde transparent conducteur (6) sur la première couche de première conductivité (4) et sur la seconde couche de seconde conductivité (3),
- former des contacts électriques (8), sur la couche en oxyde transparent conducteur (6).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que, avant la formation des contacts électriques (8), le procédé comprend les étapes suivantes :
- déposer une pâte isolante (7) sur la première couche de première conductivité (4) et sur la seconde couche de seconde conductivité (3), la couche en oxyde transparent conducteur (6) séparant la pâte isolante (7) des couches (3, 4),
- graver la couche en oxyde transparent conducteur (6) de manière à séparer la couche en oxyde transparent conducteur (6) en deux parties distinctes, la première partie étant électriquement connectée à la première couche de première conductivité (4) et la seconde partie étant électriquement connectée à la seconde couche de seconde conductivité (3),
- graver la pâte isolante (7).
14. Procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction comprenant les étapes successives suivantes :
a') fournir un substrat (1 ) en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée (2a) recouverte d'une première couche d'un premier type de conductivité (4) et une zone plane (2b) recouverte d'une seconde couche d'un second type de conductivité (3), le substrat (1 ) formant une jonction p/n avec la première couche (4) ou avec la seconde couche (3),
b') former une couche mince en oxyde transparent conducteur (6) simultanément sur la zone texturée (2a) et sur la zone plane (2b) de la face principale, la couche mince déposée sur la zone texturée (2a) présentant une épaisseur et> inférieure à l'épaisseur ep> de la couche mince déposée sur la zone plane (2b),
c') graver la couche mince en oxyde transparent conducteur (6) simultanément sur la zone plane (2b) et sur la zone texturée (2a), de manière à laisser uniquement une partie de la couche mince en oxyde transparent conducteur (6) sur la zone plane (2b).
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la zone texturée (2a) recouverte de la couche d'un premier type de conductivité (4) est disposée entre deux zones planes (2b, 2b'),
les zones planes (2b, 2b') étant recouvertes d'une couche d'un second type de conductivité (3).
16. Procédé selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape additionnelle, avant l'étape de gravure c'), dans laquelle une pâte (7) est déposée sur la couche en oxyde transparent conducteur (6) de manière à recouvrir une partie de la zone texturée (2a).
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que, après l'étape de gravure c'), la pâte électriquement isolante (7) est retirée et en ce qu'un contact électrique (8) est déposé sur la couche en oxyde transparent conducteur (6) au niveau de la zone texturée (2a).
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