FR3037721B1 - Procede de realisation d’une cellule photovoltaique a heterojonction et cellule photovoltaique ainsi obtenue. - Google Patents

Abstract

Cellule photovoltaïque à hétérojonction comprenant : - un substrat (1) en silicium cristallin comprenant une face principale munie d'au moins une zone texturée et une zone plane, - une première couche d'un premier type de conductivité (4) recouvrant uniquement la zone texturée, - une seconde couche d'un second type de conductivité (3) recouvrant uniquement la zone plane, le substrat (1) formant une jonction p/n avec la première couche (4) ou avec la seconde couche (3).

Description

Procédé de réalisation d’une cellule photovoltaïque à hétérojonction et cellule photovoltaïque ainsi obtenue

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 semi-conducteur 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.

Cet objet est également atteint par une cellule photovoltaïque à hétérojonction comprenant : - un substrat en silicium cristallin comprenant une face principale munie d’au moins une zone texturée et une zone plane, - une première couche d’un premier type de conductivité recouvrant uniquement la zone texturée, - une seconde couche d’un second type de conductivité recouvrant uniquement la zone plane, le substrat formant une jonction p/n avec la première couche ou avec la seconde couche.

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 1a à 1i 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 1a 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 2μιτι 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 2μιτι et 20μιτι, et encore plus préférentiellement, entre 2μιτι et 7μιτι.

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 5μιτι de hauteur, toutes les pyramides présentent une hauteur de 5±2μιτι.

Par zone plane, on entend une surface présentant une rugosité comprise entre 0,05μιτι et 1μητι, et de préférence comprise entre 0,2μιτι et 0,3μιτι.

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. II est envisageable d’utiliser à la place du silicium des matériaux semi-conducteurs du groupe lll-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 μο-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 1a, 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 1c) 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 1e à 1i 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 1e), - 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 1f), - 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 1g) ; la gravure est, par exemple, réalisée avec une solution de HCl, - 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 1i).

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, NH4OH, TMAH, N2H4 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 SiO2. L’épaisseur de la couche barrière 5 est comprise entre 50nm et 1μητι, et préférentiellement, entre 0,5/vm et 1 μιτι.

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 NH4OH, de TMAH, ou de N2H4 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 iii): ii’. déposer une couche barrière sacrificielle 5 sur la couche en silicium amorphe 4, iii’. 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, NH4OH, TMAH, N2H4...) 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 5-20pm.

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 1μητι, et préférentiellement, entre 0,5μιη 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 1a à 1d. L’axe AA’ représente un plan de symétrie axial. De part et d’autre de l’axe, on retrouve la cellule de la figure 1d.

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 er 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 HCl 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 1a à 1e, 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. 11. Gravure de ΙΊΤΟ non protégé par la pâte isolante avec une solution de HCl 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. II 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. II 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 (16)

1. 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 ie 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. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (4) et la seconde couche (3) sont en silicium amorphe.
3. 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 2pm à 20/im.
4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que te rapport des épaisseurs ep/et va de 1,5 à 2.
5. 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. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, 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. 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), iî!, déposer une couche barrière sacrificielle (5) sur la couche (4), la couche barrière sacrificielle (5) ayant une épaisseur comprise entre 50nm et 1pm, ils’, 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. 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 ia 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 sacrificieile (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 Ιμπι, VI. graver localement la seconde couche barrière sacrificieile (5”) et la couche (4), de manière à libérer la zone plane (2b) de la face principale du substrat (1).
9. 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. 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche d’un premier type de conductivité (4) a une épaisseur comprise entre 6nm et 3Qnm.
11. 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le substrat (1) en silicium cristallin est du premier type de conductivité eu du second type de conductivité.
12. 12. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, 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 tes étapes suivantes : - déposer une pâte isolante (7) sur la première couche de première conductivité (4) et sur ia seconde couche de seconde conductivité (3), la couche en oxyde transparent conducteur (6) séparant la pâte isolante (7) des couches (3, 4), - graver te couche en oxyde transparent conducteur (8) 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).
13. 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), te 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 ia couche mince en oxyde transparent conducteur (6) sur la zone plane (2b).
14. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la zone exturée (2a) recouverte de la couche d’un premier type de conductivité (4) est lisposée entre deux zones planes (2b, 2b’), 3S zones planes (2b, 2b’) étant recouvertes d’une couche d’un second type de inductivité (3).
15. 6. Procédé selon l’une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le sracédé comporte une étape additionnelle, avant l’étape de gravure c’), dans aquelie une pâte (7) est déposée sur la couche en oxyde transparent :onducteur (6) de manière à recouvrir une partie de la zone texturée (2a).
16. 7. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que, après l’étape le gravure c’), la pâte électriquement isolante (7) est retirée et en ce qu’un :ontact électrique (8) est déposé sur la couche en oxyde transparent «nducteur (6) au niveau de la zone texturée (2a).