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WO2022013165A1 - Fabrication de cellules solaires - Google Patents

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WO2022013165A1
WO2022013165A1 PCT/EP2021/069368 EP2021069368W WO2022013165A1 WO 2022013165 A1 WO2022013165 A1 WO 2022013165A1 EP 2021069368 W EP2021069368 W EP 2021069368W WO 2022013165 A1 WO2022013165 A1 WO 2022013165A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
solar cell
tunnel oxide
illustrates another
doped
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2021/069368
Other languages
English (en)
Inventor
Juhong Yang
Raymond DE MUNNIK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semco Smartech France SAS
Original Assignee
Semco Smartech France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semco Smartech France SAS filed Critical Semco Smartech France SAS
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Priority to JP2023503071A priority patent/JP2023534500A/ja
Priority to CN202180049703.1A priority patent/CN115836398A/zh
Priority to CA3188777A priority patent/CA3188777A1/fr
Priority to PH1/2023/550042A priority patent/PH12023550042A1/en
Priority to EP21743469.5A priority patent/EP4179579A1/fr
Priority to KR1020237004709A priority patent/KR20230048041A/ko
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present description generally relates to solar cells and, more particularly, to the structures of solar cells with contacts via the rear face and their method of manufacture.
  • Solar cells are devices intended to convert sunlight into electrical energy.
  • a solar cell structure is based on the presence of a p-type region and an n-type region on the same semiconductor substrate.
  • each region is coupled to metal contacts on the back side of the solar cells to allow an external electrical circuit or device to be coupled to and powered by the solar cell as is described in US2016/0351737 and in US7468485.
  • One embodiment provides a method of fabricating a solar cell, the method comprising, in order: forming a tunnel oxide on at least one surface of a semiconductor substrate; forming a layer doped with a dopant of a first conductivity type on the tunnel oxide; forming a mask on the doped layer; and carrying out, in a gaseous atmosphere containing a dopant of a second conductivity type, doping of at least a first region of the doped layer using a laser.
  • the method comprises the formation of trenches extending in the mask, in the tunnel oxide and in the doped layer, after the formation of the mask.
  • trenches separate the first regions of the doped layer from the second regions of the doped layer.
  • the gas comprises phosphoryl chloride.
  • the method comprises texturing the semiconductor substrate on another surface.
  • the method comprises the formation of a passivation film on the doped layer, the passivation layer covering the inside of the trenches.
  • One embodiment provides a solar cell with interdigitated rear contacts or IBC obtained by the method described above. [0012] One embodiment provides a solar panel comprising solar cells with interdigitated rear contacts.
  • Figure 1 illustrates a sectional view illustrating an example of a solar cell
  • FIG. 2 illustrates a sectional view illustrating a step of an exemplary method of manufacturing the solar cell illustrated in FIG. 1;
  • Figure 3 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 4 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 5 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 6 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 7 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 8 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 9 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 10 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 11 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2;
  • Figure 12 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 13 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 14 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 15 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • Figure 16 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 2
  • FIG. 17 illustrates a sectional view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present description
  • FIG. 18 illustrates a sectional view illustrating a step of a method for manufacturing a solar cell according to the embodiment of the present description
  • Figure 19 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 20 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 21 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 22 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 23 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 24 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 25 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 26 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 27 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 28 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18
  • Figure 29 illustrates another step of the manufacturing process of Figure 18.
  • Figure 30 illustrates another step in the manufacturing process of Figure 18
  • the expressions “about”, “approximately”, “substantially”, and “of the order of” mean to within 10%, preferably within 5%.
  • Figure 1 is a sectional view illustrating an example of a solar cell.
  • the solar cell shown in Figure 1 consists of a semiconductor substrate 10 having a front face portion intended to receive solar radiation during normal operation and a rear face portion where metal contacts of the solar cell are formed .
  • the solar cell has a textured front face covered with a doped layer 37.
  • the solar cell of FIG. 1 comprises first regions 32 of a first type of conductivity, such as p-type regions, and second regions 36 of a second type of conductivity, such as p-type regions. n, formed in an undoped layer 30B on the rear face of the substrate 10.
  • a tunnel oxide layer 20B can be formed on the rear face of the substrate 10, more precisely, between the substrate 10 and the undoped layer 30B.
  • Layer 37 is of the second type of conductivity.
  • Metallic contacts 41 are connected to regions 32 and 36 to allow external circuits and devices to receive electrical power from the solar cell.
  • the solar cell of Figure 1 may include passivation layers 38, 39 and 40 to protect the structure from external electrical damage.
  • Figures 2 to 16 are sectional views illustrating steps of an example of a method of manufacturing the solar cell illustrated in Figure 1.
  • the process for manufacturing the contact of the solar cell represented in FIG. 1 may comprise:
  • FIG. 3 the formation (FIG. 3) of a tunnel oxide layer 20F on a front face 101 of the substrate 10 and of another tunnel oxide layer 20B on a rear face 103 of the substrate 10;
  • the doped layer comprises a dopant of a first type of conductivity (p or n);
  • FIG. 6 the formation (FIG. 6) of areas 32 in layer 30B by the thermal diffusion of dopants from layer 31 into layer 30B using a laser; - the deposition (FIG. 7) of a masking layer 33 all around the structure;
  • FIG. 16 is a sectional view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present description.
  • the solar cell illustrated in Figure 17 consists of a semiconductor substrate 50 having a front face portion intended to receive solar radiation during normal operation and a rear face portion where metal contacts with the solar cell are formed. .
  • the solar cell has a textured front face covered with a doped layer 64.
  • the solar cell of FIG. 17 comprises one or more regions 541 of a first type of conductivity, such as p-type regions, and one or more regions 66 of a second type of conductivity, such as regions n-type, formed on the rear face of the substrate 50.
  • a tunnel oxide layer 52 can be formed on the rear face of the substrate 50, more precisely, between the substrate 50 and the regions 541, 66.
  • Metallic contacts 76 and 78 are connected to regions 541 and 66, respectively, to allow external circuits and devices to receive electrical power from the solar cell.
  • the solar cell of Figure 17 may include passivation layers 70, 72, 74 to protect the structure from external electrical damage.
  • FIG. 18 illustrates a manufacturing step of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the substrate 50 is a semiconductor substrate, for example a silicon wafer, preferably doped with an n-type dopant such as phosphorus (P), or with a p-type dopant such as as gallium (Ga) or boron (B).
  • an n-type dopant such as phosphorus (P)
  • a p-type dopant such as gallium (Ga) or boron (B).
  • the substrate 50 has a front face 501 and a rear face 503.
  • the front face 501 is the face of the solar cell intended to receive solar radiation.
  • Substrate 50 is thinned to a thickness of, for example, about 240 ⁇ m using a process that also etches away damage to the wafer surfaces (saw etch - SDE).
  • FIG. 19 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • a tunnel oxide layer 52 is formed on the rear face 503 and, for example, on the front face of the substrate.
  • Tunnel oxide layer 52 is formed to be thin enough to increase the likelihood of direct electron tunneling through tunnel oxide layer 52.
  • Tunnel oxide layer 52 may have a thickness of 'about 7 Angstroms to about 20 Angstroms. According to one embodiment, the tunnel oxide layer 52 has a thickness of approximately 10 Angstroms.
  • Tunnel oxide layer 52 may be formed, for example, by thermal growth or by chemical deposition (eg, plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD)).
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • LPCVD low-pressure chemical vapor deposition
  • Tunnel oxide layer 52 may be formed using an ozone oxidation process, which involves digging substrate 50 into a bath comprising ozone suspended in deionized water. For example, substrate 50 may undergo first a wet etch using potassium hydroxide to thin substrate 50, then a rinse-clean cycle, then the ozone oxidation process to form a layer of tunnel oxide 52 entirely in the same equipment. During the ozone oxidation process, a tunnel oxide layer grows on both sides of the substrate 50.
  • a tunnel oxide layer 52 may also be formed using other methods without diminishing the benefits of this disclosure.
  • FIG. 20 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • a doped layer 54 for example a p-doped polycrystalline silicon layer, is formed on the tunnel oxide layer 52.
  • the polycrystalline silicon layer 54 can have a thickness of approximately 2000 Angstroms.
  • the polycrystalline silicon layer can be deposited on tunnel oxide 52 by PECVD or LPCVD using boron trichloride (BCI3) or diborane (B2H6) with silane (S1H4).
  • FIG. 21 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • a masking layer 56 is formed on layer 54, on the front side and on the back side, in order to completely envelop the structure of FIG. 20.
  • the masking layer 56 can be used in a subsequent laser etching process (FIGS. 23 and 24) exposing portions of layer 54.
  • Masking layer 56 may be formed, for example, by thermal growth or by chemical deposition (PECVD or LPCVD). However, various other methods can be applied to form the masking layer 56.
  • the masking layer 56 can be made of a material chosen to be an undoped material having no conductive dopant and for its ability to prevent the diffusion of the n-conductivity dopant.
  • mask layer 56 may be a single layer comprising silicon oxide (SiO ) , silicon nitride (SiH ) , silicon oxynitride (SiO 2 Ny), intrinsic amorphous silicon, or silicon carbide. silicon (SiC).
  • SiO silicon oxide
  • SiH silicon nitride
  • SiO 2 Ny silicon oxynitride
  • SiC silicon
  • the masking layer 56 can effectively prevent the diffusion of the dopant.
  • FIG. 22 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the masking layer 56 is removed from the front face (on the side of the front face 501 of the substrate 50) and, for example, from part of the lateral sides of the structure.
  • Figure 23 illustrates another manufacturing step of a solar cell according to the embodiment of the present description.
  • masking layer 56 is removed from the backside (of the backside of substrate 50) in certain areas to create openings 58 through masking layer 56 and layer 54.
  • two openings 58 are made in the masking layer 56, however, the number of openings can be different from two.
  • Each opening has a width between 30 nm and 200 mpi and a depth approximately equal to the thickness of the masking layer 56.
  • the openings 58 are, for example, made using a laser.
  • FIG. 24 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the front face 501 of the substrate 50 is textured.
  • the faceplate 501 can be textured using a wet etching process or another chemical etching process including, for example, potassium hydroxide and isopropyl alcohol or TMAH (tetramethylammonium hydroxide) solution.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • masking layer 56 is used during etching of p-type dopant layer 54 and tunnel oxide layer 52.
  • layer 54, layer 52 and substrate 50 are patterned using a wet etch process comprising buffered hydrofluoric acid, potassium hydroxide with isopropyl alcohol or TMAH (tetramethylammonium hydroxide) solution.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • the wet etch process etches portions of layer 54, tunnel oxide layer 52, and substrate 50 not covered by masking layer 56.
  • the wet etch process etches to create trenches 60 that extend from openings 58 in layer 54, tunnel oxide layer 52 and substrate 50.
  • Trenches 60 separate regions of layer 54 to form regions 541 and 542 which are formed in layer 54.
  • the front face 501 of the semiconductor substrate 50 is textured before the trenches 60 are formed
  • the embodiment is not limited to this.
  • the front face 501 of the semiconductor substrate 50 can be textured after the trenches 60 are formed or in a separate process.
  • FIG. 25 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the structure represented in FIG. 24 is, in FIG. 25, placed in a gaseous atmosphere 62 containing an n-type conductivity dopant.
  • the gas atmosphere 62 can be created using various gases containing the n-type conductivity dopant.
  • the gas atmosphere 62 may include phosphoryl trichloride (POCI3).
  • the front face 501 of the semiconductor substrate 50 can be doped with the n-type conductivity dopant.
  • a front surface field region 64 may also be formed during the doping process.
  • an anti-diffusion film can be formed on the front surface 501 of the semiconductor substrate 50 so that no front surface field 64 is formed during the doping process.
  • the front surface field region 64 may be formed by a separate method selected from various methods including, for example, ion implantation, thermal diffusion, or laser illumination doping.
  • FIG. 26 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • Figure 26 illustrates the doping of regions 542 to create regions 66.
  • the process of doping regions 66 is performed using a laser.
  • Regions 68 are formed during this doping process. Field areas 64 can also be made during the present doping step, both under POCI3.
  • the laser can have a wavelength of 1064 nm or less. This is because it is difficult to produce a laser having a wavelength exceeding 1064 nm. In other words, any wavelength among infra ⁇ red light, ultraviolet light and visible light can be used as a laser. To date, in one example, the laser may be a laser having a wavelength in the range of 500 nm to 650 nm, i.e. a green laser.
  • FIG. 27 illustrates another manufacturing step of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the substrate 50 is doped using the laser mentioned in FIG. 26.
  • the substrate 50 is doped at the same time as the doping of the region 542.
  • the mask 56 is removed and the structure is removed from the gas atmosphere 62.
  • FIG. 28 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • an insulating film 70 is formed on the front surface of the semiconductor substrate 50.
  • the insulating film 70 includes a front surface passivation film and a anti-reflective film which are formed on the front surface of the layer 64.
  • the front surface passivation film and the anti-reflective film are formed on the entire front surface of the layer 64.
  • the surface passivation film front and anti-reflective film can be formed using various methods such as, for example, vacuum deposition, chemical vapor deposition, spin coating, screen printing, or spray coating. The formation sequence of the front passivation film and the anti-reflective film is not defined.
  • FIG. 29 illustrates another manufacturing step of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • insulating films 72 and 74 are formed respectively on the rear surface and on the side surface of the structure.
  • the rear surface passivation film 72 is formed over the entire rear surface of the structure.
  • Back surface passivation film 72 can be formed using various methods such as, for example, vacuum deposition, chemical vapor deposition, spin coating, screen printing, or spray coating.
  • FIG. 30 illustrates another manufacturing step of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • Figure 30 illustrates the formation of first and second electrodes 76 and 78, which are connected to conductive regions 541 and 66 respectively.
  • the first and second electrodes 76 and 78 can be formed by applying a paste, on the rear surface, for example, by screen printing, then by making, for example, a contact by thermal diffusion or by laser illumination.
  • the rear surface is etched, for example the passivation film 72 is etched, before the deposition of a metal, in order to create metallizations.
  • An advantage of the second embodiments is that the deposition of the tunnel oxide, of the doped layer and of the mask is carried out in a single step, unlike the first embodiment.
  • An advantage of the second embodiments is that the solar cell manufacturing process is shorter and less expensive than the first embodiment.

Landscapes

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Abstract

La présente description concerne un procédé de fabrication d'une cellule solaire, le procédé comprenant, dans l'ordre : la formation d'un oxyde tunnel (52) sur, au moins, une surface d'un substrat semiconducteur (50); la formation d'une couche dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel; la formation d'un masque (56) sur la couche dopée; et la mise en œuvre, dans une atmosphère gazeuse (62) contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité, d'un dopage d'au moins une première région (66) de la couche dopée en utilisant un laser.

Description

DESCRIPTION
Fabrication de cellules solaires
La présente demande revendique les priorités des demandes de brevet français numéro 2007380 du 13 juillet 2020 ayant pour titre "formation de contacts passivés pour cellules solaires IBC" et numéro 2011025 du 28 octobre 2020 ayant pour titre "fabrication de cellules solaires", dont les contenus sont incorporés par référence dans les limites autorisées par la loi.
Domaine technique
[0001] La présente description concerne de façon générale les cellules solaires et, plus particulièrement, les structures de cellules solaires à contacts par la face arrière et leur procédé de fabrication.
Technique antérieure
[0002] Les cellules solaires sont des dispositifs destinés à convertir la lumière du soleil en énergie électrique. Généralement, une structure de cellules solaires est basée sur la présence d'une région de type p et d'une région de type n sur le même substrat semiconducteur. Dans une cellule solaire à contacts par la face arrière, chaque région est couplée à des contacts métalliques sur la face arrière des cellules solaires pour permettre à un circuit ou à un dispositif électrique externe d'être couplé à et alimenté par la cellule solaire comme cela est décrit dans US2016/0351737 et dans US7468485.
Résumé de l'invention
[0003] Il existe un besoin pour améliorer des cellules solaires et le procédé de fabrication des cellules solaires courantes, en particulier pour diminuer la durée du procédé. [0004] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des cellules solaires connues et de leur procédé de fabrication.
[0005] Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'une cellule solaire, le procédé comprenant, dans l'ordre : la formation d'un oxyde tunnel sur, au moins, une surface d'un substrat semiconducteur ; la formation d'une couche dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel ; la formation d'un masque sur la couche dopée ; et la mise en œuvre, dans une atmosphère gazeuse contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité, d'un dopage d'au moins une première région de la couche dopée en utilisant un laser.
[0006] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation de tranchées s'étendant dans le masque, dans l'oxyde tunnel et dans la couche dopée, après la formation du masque.
[0007] Selon un mode de réalisation, des tranchées séparent les premières régions de la couche dopée des deuxièmes régions de la couche dopée.
[0008] Selon un mode de réalisation, le gaz comporte du chlorure de phosphoryle.
[0009] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la texturation du substrat semiconducteur sur une autre surface.
[0010] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation d'un film de passivation sur la couche dopée, la couche de passivation recouvrant l'intérieur des tranchées.
[0011] Un mode de réalisation prévoit une cellule solaire à contacts arrières interdigités ou IBC obtenue par le procédé décrit précédemment. [0012] Un mode de réalisation prévoit un panneau solaire comprenant des cellules solaires à contacts arrières interdigités .
Brève description des dessins
[0013] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0014] la figure 1 illustre une vue en coupe illustrant un exemple de cellule solaire ;
[0015] la figure 2 illustre une vue en coupe illustrant une étape d'un exemple de procédé de fabrication de la cellule solaire illustrée en figure 1 ;
[0016] la figure 3 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0017] la figure 4 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0018] la figure 5 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0019] la figure 6 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0020] la figure 7 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0021] la figure 8 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0022] la figure 9 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0023] la figure 10 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ; [0024] la figure 11 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0025] la figure 12 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0026] la figure 13 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0027] la figure 14 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0028] la figure 15 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0029] la figure 16 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0030] la figure 17 illustre une vue en coupe illustrant une cellule solaire selon un mode de réalisation de la présente description ;
[0031] la figure 18 illustre une vue en coupe illustrant une étape d'un procédé de fabrication d'une cellule solaire selon le mode de réalisation de la présente description ;
[0032] la figure 19 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0033] la figure 20 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0034] la figure 21 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0035] la figure 22 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0036] la figure 23 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0037] la figure 24 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ; [0038] la figure 25 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0039] la figure 26 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0040] la figure 27 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0041] la figure 28 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0042] la figure 29 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ; et
[0043] la figure 30 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18;
Description des modes de réalisation
[0044] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
[0045] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
[0046] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
[0047] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
[0048] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0049] La figure 1 est une vue en coupe illustrant un exemple d'une cellule solaire.
[0050] La cellule solaire représentée en figure 1 est constituée d'un substrat semiconducteur 10 ayant une partie de face avant destinée à recevoir un rayonnement solaire pendant un fonctionnement normal et une partie de face arrière où des contacts métalliques de la cellule solaire sont formés. La cellule solaire a une face avant texturée recouverte d'une couche dopée 37.
[0051] La cellule solaire de la figure 1 comporte des premières régions 32 d'un premier type de conductivité, telles que des régions de type p, et des deuxièmes régions 36 d'un deuxième type de conductivité, telles que des régions de type n, formées dans une couche non dopée 30B sur la face arrière du substrat 10. Une couche d'oxyde tunnel 20B peut être formée sur la face arrière du substrat 10, plus précisément, entre le substrat 10 et la couche non dopée 30B. La couche 37 est du deuxième type de conductivité.
[0052] Des contacts métalliques 41 sont connectés aux régions 32 et 36 pour permettre à des circuits et dispositifs externes de recevoir une alimentation électrique provenant de la cellule solaire. [0053] La cellule solaire de la figure 1 peut comporter des couches de passivation 38, 39 et 40 pour protéger la structure de dégâts électriques externes.
[0054] Les figures 2 à 16 sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication de la cellule solaire illustrée en figure 1.
[0055] Le procédé de fabrication du contact de la cellule solaire représentée en figure 1 peut comprendre :
- la préparation (figure 2) du substrat semiconducteur 10 ;
- la formation (figure 3) d'une couche d'oxyde tunnel 20F sur une face avant 101 du substrat 10 et d'une autre couche d'oxyde tunnel 20B sur une face arrière 103 du substrat 10 ;
- la formation d'une couche semicondutrice 30F sur la face avant de la couche 20F et d'une autre couche semicondutrice 30B sur la face arrière de la couche 20B ;
- la formation (figure 4) d'une couche 31 sur la face arrière de la couche 30B, constituée d'une couche dopée, qui est formée sur toute la couche 30B, et d'une couche non dopée formée sur toute la couche dopée. La couche dopée comporte un dopant d'un premier type de conductivité (p ou n) ;
- la formation (figure 5) d'ouvertures 310 dans la couche 31 en utilisant, par exemple, un procédé de gravure humide ;
- la formation (figure 6) de zones 32 dans la couche 30B par la diffusion thermique de dopants de la couche 31 dans la couche 30B en utilisant un laser ; - le dépôt (figure 7) d'une couche de masquage 33 tout autour de la structure ;
- le retrait (figure 8) de la couche de masquage 33 de la face avant de la structure et plus précisément de la face avant de la couche 30F et des côtés latéraux de la couche 30F, de la couche 20F et d'une partie du substrat 10 ;
- le retrait (figure 9) de la couche 20F et de la couche 30F et un procédé de texturation de la face avant de la couche 30F ;
- la formation (figure 10) d'ouvertures 34 dans la couche de masquage 33 ;
- le traitement (figure 11) sous une atmosphère gazeuse 35 contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité afin de former une zone 36 dans la couche 30B et une couche 37 sur la face avant du substrat 10 ;
- le retrait (figure 12) de la couche de masquage 33 ;
- le traitement thermique (figure 13) afin de diffuser le dopant de la zone 36 dans toute la profondeur de la couche 30B ;
- la formation (figure 14) d'un film de passivation et anti-réfléchissant 38 dans la face avant de la couche 37 ;
- la formation (figure 15) d'un film de passivation 39 dans la face arrière de la structure et d'un film de passivation 40 dans des côtés latéraux de la structure ; et
- la formation (figure 16) d'électrodes 41 sur la face arrière de la structure par une étape de gravure humide de la couche 39 et une étape de dépôt de métal. [0056] La figure 17 est une vue en coupe illustrant une cellule solaire selon un mode de réalisation de la présente description .
[0057] La cellule solaire illustrée en figure 17 est constituée d'un substrat semiconducteur 50 ayant une partie de face avant destinée à recevoir un rayonnement solaire pendant un fonctionnement normal et une partie de face arrière où des contacts métalliques avec la cellule solaire sont formés. La cellule solaire a une face avant texturée couverte d'une couche dopée 64.
[0058] La cellule solaire de la figure 17 comporte une ou plusieurs régions 541 d'un premier type de conductivité, telles que des régions de type p, et une ou plusieurs régions 66 d'un deuxième type de conductivité, telles que des régions de type n, formées sur la face arrière du substrat 50. Une couche d'oxyde tunnel 52 peut être formée sur la face arrière du substrat 50, plus précisément, entre le substrat 50 et les régions 541, 66.
[0059] Des contacts métalliques 76 et 78 sont connectés, respectivement, aux régions 541 et 66 pour permettre à des circuits et dispositifs externes de recevoir une alimentation électrique provenant de la cellule solaire.
[0060] La cellule solaire de la figure 17 peut comporter des couches de passivation 70, 72, 74 pour protéger la structure de dégâts électriques externes.
[0061] De plus, la cellule solaire représentée en figure 17 peut comporter des régions 66 et des régions 541, des tranchées 60, entre les régions 66 et les régions 541, et, dans le substrat 50, une faible profondeur du substrat 68 dopée avec les dopants du deuxième type de conductivité. [0062] La figure 18 illustre une étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0063] Dans le présent mode de réalisation, le substrat 50 est un substrat semiconducteur, par exemple une tranche de silicium, de préférence dopé avec un dopant de type n tel que du phosphore (P), ou avec un dopant de type p tel que du gallium (Ga) ou du bore (B).
[0064] Le substrat 50 a une face avant 501 et une face arrière 503. La face avant 501 est la face de la cellule solaire destinée à recevoir des rayonnements solaires. Le substrat 50 est aminci jusqu'à une épaisseur de, par exemple, environ 240 pm en utilisant un procédé qui élimine également par gravure des dégâts des surfaces de la tranche (gravure de défauts de sciage - SDE).
[0065] La figure 19 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0066] En figure 19, une couche d'oxyde tunnel 52 est formée sur la face arrière 503 et, par exemple, sur la face avant du substrat. La couche d'oxyde tunnel 52 est formée afin d'être suffisamment mince pour augmenter la probabilité de passage direct d'électrons par effet tunnel à travers la couche d'oxyde tunnel 52. La couche d'oxyde tunnel 52 peut avoir une épaisseur d'environ 7 Angstrôms à environ 20 Angstrôms. Selon un mode de réalisation, la couche d'oxyde tunnel 52 a une épaisseur d'environ 10 Angstrôms. La couche d'oxyde tunnel 52 peut être formée, par exemple, par croissance thermique ou par dépôt chimique (par exemple, dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD) ou dépôt chimique en phase vapeur basse pression (LPCVD)). La couche d'oxyde tunnel 52 peut être formée en utilisant un procédé d'oxydation à l'ozone, qui implique de creuser le substrat 50 dans un bain comprenant de l'ozone suspendu dans de l'eau déionisée. Par exemple, le substrat 50 peut subir tout d'abord une gravure humide utilisant de l'hydroxyde de potassium pour amincir le substrat 50, puis un cycle de rinçage-nettoyage, puis le procédé d'oxydation d'ozone pour former une couche d'oxyde tunnel 52 entièrement dans le même équipement. Pendant le procédé d'oxydation d'ozone, une couche d'oxyde tunnel croît sur les deux faces du substrat 50.
[0067] Selon une variante de mode de réalisation, une couche d'oxyde tunnel 52 peut également être formée en utilisant d'autres procédés sans diminuer les avantages de la présente description .
[0068] La figure 20 illustre une autre étape de la fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0069] En figure 20, une couche dopée 54, par exemple une couche de silicium polycristallin dopée p, est formée sur la couche d'oxyde tunnel 52.
[0070] La couche de silicium polycristallin 54 peut avoir une épaisseur d'environ 2000 Angstrôms. La couche de silicium polycristallin peut être déposée sur l'oxyde tunnel 52 par PECVD ou LPCVD en utilisant du trichlorure de bore (BCI3) ou du diborane (B2H6) avec du silane (S1H4).
[0071] La figure 21 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0072] En figure 21, une couche de masquage 56 est formée sur la couche 54, sur la face avant et sur la face arrière, afin d'envelopper complètement la structure de la figure 20. La couche de masquage 56 peut être utilisée dans un procédé ultérieur de gravure par laser (figures 23 et 24) exposant des parties de la couche 54. La couche de masquage 56 peut être formée, par exemple, par croissance thermique ou par dépôt chimique (PECVD ou LPCVD). Toutefois, différents autres procédés peuvent être appliqués pour former la couche de masquage 56.
[0073] La couche de masquage 56 peut être constituée d'un matériau choisi pour être un matériau non dopé n'ayant aucun dopant conducteur et pour sa capacité à empêcher la diffusion du dopant de conductivité n. Dans un exemple, la couche de masquage 56 peut être une seule couche comportant un oxyde de silicium (SiO ) , un nitrure de silicium (SiH ) , un oxynitrure de silicium (SiO^Ny), du silicium amorphe intrinsèque, ou du carbure de silicium (SiC). En particulier, lorsque la couche de masquage 56 est une seule couche constituée de carbure de silicium, la couche de masquage 56 peut efficacement empêcher la diffusion du dopant.
[0074] La figure 22 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0075] En figure 22, la couche de masquage 56 est retirée de la face avant (du côté de la face avant 501 du substrat 50) et, par exemple, d'une partie des côtés latéraux de la structure .
[0076] La figure 23 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire selon le mode de réalisation de la présente description.
[0077] En figure 23, la couche de masquage 56 est retirée de la face arrière (de la face arrière du substrat 50) dans certaines zones afin de créer des ouvertures 58 à travers la couche de masquage 56 et la couche 54. Dans le présent mode de réalisation, deux ouvertures 58 sont réalisées dans la couche de masquage 56, toutefois, le nombre d'ouvertures peut être différent de deux. Chaque ouverture a une largeur comprise entre 30 nm et 200 mpi et une profondeur approximativement égale à l'épaisseur de la couche de masquage 56. Les ouvertures 58 sont, par exemple, réalisées en utilisant un laser.
[0078] La figure 24 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0079] En figure 24, la face avant 501 du substrat 50 est texturée. La face avant 501 peut être texturée en utilisant un procédé de gravure humide ou un autre procédé de gravure chimique comprenant, par exemple, de l'hydroxyde de potassium et de l'alcool isopropylique ou une solution de TMAH (hydroxyde de tétraméthylammonium). Le procédé de gravure humide texture la face avant 501 avec des pyramides aléatoires, améliorant ainsi avantageusement l'efficacité de collecte du rayonnement solaire.
[0080] En figure 24, la couche de masquage 56 est utilisée pendant la gravure de la couche de dopant de type p 54 et de la couche d'oxyde tunnel 52. Selon un mode de réalisation, la couche 54, la couche 52 et le substrat 50 sont configurés en utilisant un procédé de gravure humide comprenant de l'acide fluorhydrique tamponné, de l'hydroxyde de potassium avec de l'alcool isopropylique ou une solution de TMAH (hydroxyde de tétraméthylammonium) . Le procédé de gravure humide grave des parties de la couche 54, de la couche d'oxyde tunnel 52 et du substrat 50 non recouvertes par la couche de masquage 56. Le procédé de gravure humide grave afin de créer des tranchées 60 qui s'étendent depuis les ouvertures 58 dans la couche 54, dans la couche d'oxyde tunnel 52 et dans le substrat 50. Les tranchées 60 séparent des régions de la couche 54 afin de former des régions 541 et 542 qui sont formées dans la couche 54. [0081] Selon un mode de réalisation, la face avant 501 du substrat semiconducteur 50 est texturée avant que les tranchées 60 soient formées
[0082] Toutefois, le mode de réalisation n'est pas limité à cela. Ainsi la face avant 501 du substrat semiconducteur 50 peut être texturée après que les tranchées 60 sont formées ou dans un procédé séparé.
[0083] La figure 25 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0084] La structure représentée en figure 24 est, en figure 25, placée dans une atmosphère gazeuse 62 contenant un dopant de conductivité de type n. L'atmosphère gazeuse 62 peut être créée en utilisant divers gaz contenant le dopant de conductivité de type n. Dans un exemple, lorsque le dopant conducteur est le phosphore (P), l'atmosphère gazeuse 62 peut comporter du trichlorure de phosphoryle (POCI3).
[0085] A ce stade, la face avant 501 du substrat semiconducteur 50 peut être dopée avec le dopant de conductivité de type n. Ainsi, une zone de champ de surface avant 64 peut également être formée pendant le procédé de dopage. Toutefois, le mode de réalisation de la présente description n'est pas limité à cela.Ainsi, pendant le procédé de dopage, un film anti-diffusion peut être formé sur la surface avant 501 du substrat semiconducteur 50 de sorte qu'aucune zone de champ de surface avant 64 ne soit formée pendant le procédé de dopage. En pareil cas, la zone de champ de surface avant 64 peut être formée par un procédé séparé choisi parmi différents procédés comportant, par exemple, une implantation ionique, une diffusion thermique, ou un dopage par illumination laser. [0086] La figure 26 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0087] La figure 26 illustre le dopage des régions 542 afin de créer des régions 66. Le procédé de dopage des régions 66 est effectué en utilisant un laser.
[0088] Des régions 68 sont formées pendant ce procédé de dopage. Des zones de champ 64 peuvent également être réalisées pendant la présente étape de dopage, toutes deux sous POCI3.
[0089] Le laser peut avoir une longueur d'onde de 1064 nm ou moins. Cela est dû au fait qu'il est difficile de produire un laser ayant une longueur d'onde dépassant 1064 nm. Autrement dit, n'importe quelle longueur d'onde parmi la lumière infra¬ rouge, la lumière ultra-violette et la lumière visible peut être utilisée en tant que laser. A ce jour, dans un exemple, le laser peut être un laser ayant une longueur d'onde dans une plage allant de 500 nm à 650 nm, c'est-à-dire un laser vert.
[0090] La figure 27 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0091] En figure 27, le substrat 50 est dopé en utilisant le laser mentionné en figure 26. Selon un mode de réalisation, le substrat 50 est dopé en même temps que le dopage de la région 542.A ce stade, le masque 56 est retiré et la structure est sortie de l'atmosphère gazeuse 62.
[0092] La figure 28 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0093] En figure 28, un film isolant 70 est formé sur la surface avant du substrat semiconducteur 50. Le film isolant 70 comporte un film de passivation de surface avant et un film anti-réfléchissant qui sont formés sur la surface avant de la couche 64. Par exemple, le film de passivation de surface avant et le film anti-réfléchissant sont formés sur toute la surface avant de la couche 64. Le film de passivation de surface avant et le film anti-réfléchissant peuvent être formés en utilisant divers procédés tels que, par exemple, un dépôt sous vide, un dépôt chimique en phase vapeur, un revêtement par centrifugation, une sérigraphie, ou un revêtement par pulvérisation. La séquence de formation du film de passivation avant et du film anti-réfléchissant n'est pas définie.
[0094] La figure 29 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0095] En figure 29, des films isolants 72 et 74 sont formés respectivement sur la surface arrière et sur la surface latérale de la structure.
[0096] Par exemple, le film de passivation de surface arrière 72 est formé sur toute la surface arrière de la structure. Le film de passivation de surface arrière 72 peut être formé en utilisant divers procédés tels que, par exemple, un dépôt sous vide, un dépôt chimique en phase vapeur, un revêtement par centrifugation, une sérigraphie, ou un revêtement par pulvérisation .
[0097] La figure 30 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0098] La figure 30 illustre la formation de première et deuxième électrodes 76 et 78, qui sont connectées respectivement aux régions conductrices 541 et 66.
[0099] Les première et deuxième électrodes 76 et 78 peuvent être formées en appliquant une pâte, sur la surface arrière, par exemple, par sérigraphie, puis en réalisant, par exemple, un contact par diffusion thermique ou par illumination laser. La surface arrière est gravée, par exemple le film de passivation 72 est gravé, avant le dépôt d'un métal, afin de créer des métallisations.
[0100] Un avantage des deuxièmes modes de mise en œuvre et de réalisation est que le dépôt de l'oxyde tunnel, de la couche dopée et du masque est réalisé en une seule étape au contraire du premier mode de réalisation.
[0101] Un avantage des deuxièmes modes de mise en œuvre et de réalisation est que le procédé de fabrication des cellules solaires est plus court et moins cher que le premier mode de réalisation .
[0102] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier.
[0103] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une cellule solaire, le procédé comprenant, dans l'ordre : la formation d'un oxyde tunnel (52) sur, au moins, une surface (503) d'un substrat semiconducteur (50) ; la formation d'une couche (54) dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel ; la formation d'un masque (56) sur la couche dopée ; et la mise en œuvre, dans une atmosphère gazeuse (62) contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité, d'un dopage d'au moins une première région (542, 66) de la couche dopée en utilisant un laser.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant la formation de tranchées (60) s'étendant dans le masque (56), dans l'oxyde tunnel (52) et dans la couche dopée (54), après la formation du masque.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel des tranchées (60) séparent les premières régions (542, 66) de la couche dopée des deuxièmes régions (541) de la couche dopée.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, comprenant la formation d'un film de passivation (72) sur la couche dopée (54), la couche de passivation recouvrant l'intérieur des tranchées (20).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le gaz comporte du chlorure de phosphoryle.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant la texturation du substrat semiconducteur (50) sur une autre surface (501).
7.Cellule solaire IBC obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8.Panneau solaire comprenant des cellules solaires IBC selon la revendication 7.
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