FR3034255A1 - Dispositif photovoltaique comportant un substrat a texturations non-uniformes - Google Patents
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Abstract
Dispositif photovoltaïque (100) comportant au moins : - un substrat (102) semi-conducteur cristallin comportant des première et deuxième faces (104, 106) opposées et dont au moins la première face (104) comporte des texturations de forme pyramidale ; - des premières métallisations (116) disposées sur des premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102) ; dans lequel une densité des texturations localisées au niveau des premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102) est strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions (110) de la première face (104) du substrat (102).
Description
1 DISPOSITIF PHOTOVOLTAÏQUE COMPORTANT UN SUBSTRAT A TEXTURATIONS NON- UNIFORMES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention porte sur un dispositif photovoltaïque, ou cellule photovoltaïque, comprenant un substrat à texturations non-uniformes, c'est-à-dire comportant sur une même face des texturations de dimensions différentes. L'invention porte également sur un procédé de réalisation d'un tel dispositif photovoltaïque. Dans une cellule photovoltaïque réalisée à partir d'un substrat de silicium cristallin (c-Si), il est nécessaire de texturer au moins la face avant du substrat destinée à recevoir de la lumière pour à la fois retirer la surface qui a été endommagée par un sciage préalablement mis en oeuvre (zone écrouie) et limiter la réflexion par le substrat de la lumière incidente de façon à absorber le plus de lumière possible générant un courant électrique. La face arrière du substrat peut également être texturée de manière similaire à la face avant. Pour du silicium cristallin, cette texturation consiste classiquement à former des pyramides de hauteur comprise entre 1 um et 10 um sur la face avant du substrat par une gravure chimique pleine plaque anisotrope selon le plan cristallin du silicium au niveau de cette face. Cette gravure est effectuée dans un bain d'une solution alcaline, par exemple une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (KOH) ou d'hydroxyde de sodium (NaOH), contenant un additif jouant sur la vitesse de gravure, l'uniformité de gravure et la hauteur des pyramides. L'additif est communément de l'alcool isopropylique (IPA), ou un mélange à base d'éthylhexanoate de sodium et d'acide éthylhexanoïque, ou un mélange à base de phosphate de sodium et de soude, sous forme liquide ou solide. Cette texturation peut également être réalisée par une gravure isotrope du silicium selon les plans cristallins du substrat, créant une rugosité suffisante pour assurer une meilleure transmission de la lumière que pour une surface polie. La chimie 3034255 2 d'attaque est dans ce cas classiquement à base d'un mélange d'acides nitrique et fluorhydrique. En fin de processus de fabrication, une grille métallique comprenant des doigts métalliques en général reliés électriquement entre eux par des bus métalliques est 5 formée sur la surface texturée, par exemple par sérigraphie d'une pâte composée d'argent. Pour diminuer la consommation de cette pâte lors de la formation de la grille métallique ainsi que pour réduire l'ombrage crée par la grille métallique et favoriser ainsi la génération d'un courant électrique élevé par la cellule, il est souhaitable que les doigts métalliques de la grille soient les plus fins et les plus épais possible. L'obtention de doigts 10 métalliques fins est facilitée si ces doigts sont réalisés sur des pyramides de faibles dimensions (par exemple de hauteur inférieure à 5 um), c'est-à-dire réalisées avec une forte densité au niveau de la surface texturée, ou sur une surface lisse (absence de pyramides). Par contre, sur la partie de la cellule qui n'est pas métallisée, il est au contraire intéressant d'avoir une texturation formée de pyramides de dimensions plus 15 importantes (typiquement de hauteur comprise entre 5 et 20 um, et préférentiellement entre 10 à 20 um), ce qui correspond à des pyramides réalisées avec une faible densité au niveau de la surface texturée, afin de réduire la densité de sommets et de creux formés par les pyramides où les dépôts de films minces sont de moins bonne qualité (ces films minces correspondant par exemple aux couches de silicium amorphe et d'oxyde 20 transparent conducteur dans le cas d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction). Un compromis sur la taille des pyramides formant la texturation du substrat doit donc être trouvé, ce qui aboutit à des films minces et des métallisations de qualités acceptables mais non optimales. EXPOSÉ DE L'INVENTION 25 Un but de la présente invention est de proposer un dispositif photovoltaïque permettant de s'affranchir du compromis relatif à la taille et à la densité des texturations et de pouvoir ainsi optimiser séparément la qualité des dépôts de couches sur les texturations et celle des métallisations.
3034255 3 Pour cela, l'invention propose un dispositif photovoltaïque comportant au moins : - un substrat semi-conducteur cristallin, avantageusement en silicium cristallin, comportant des première et deuxième faces opposées et dont au moins la 5 première face comporte des texturations de forme pyramidale ; - des premières métallisations disposées sur des premières régions de la première face du substrat ; dans lequel une densité des texturations localisées au niveau des premières régions de la première face du substrat est strictement supérieure à celle des 10 texturations localisées au niveau de deuxièmes régions de la première face du substrat. Il est ainsi proposé de texturer plus ou moins densément certaines régions de la première face du substrat sur laquelle sont disposées les premières métallisations. Ainsi, au niveau des premières régions sur lesquelles les premières métallisations sont disposées, la forte densité avec laquelle les texturations sont 15 réalisées, ce qui correspond à des pyramides de plus petites dimensions, permet de réaliser les premières métallisations telles qu'elles soient fines, ou étroites, et avec une bonne épaisseur. Au niveau des deuxièmes régions sur lesquelles les premières métallisations ne sont pas disposées, la réalisation des texturations avec une plus faible densité que dans les premières régions, formant donc de pyramides de plus grandes 20 dimensions, réduit le nombre de creux et de sommets sur lesquels des couches du dispositif photovoltaïque peuvent être disposées, ce qui permet d'avoir des couches de bonne qualité. L'angle formé entre la base et chacune des faces latérales des pyramides correspondant aux texturations localisées au niveau des premières régions 25 peut être sensiblement égal à celui formé entre la base et chacune des faces latérales des pyramides correspondant aux texturations localisées au niveau des deuxièmes régions. Le terme « dimensions » désigne ici la hauteur des pyramides ainsi que les dimensions des côtés de la base des pyramides. La densité des pyramides (en termes de nombre de pyramides pour une surface donnée, et donc en termes de nombre de creux entre les pyramides et de nombre 3034255 4 de sommets des pyramides pour une surface donnée) correspondant aux texturations localisées au niveau des premières régions de la première face du substrat est supérieure à celle des pyramides correspondant aux texturations localisées au niveau des deuxièmes régions de la première face du substrat.
5 Les métallisations peuvent correspondre à une grille métallique. Plus précisément, les métallisations peuvent comporter plusieurs doigts métalliques disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres, et éventuellement un ou plusieurs bus métalliques disposés sur les doigts métalliques et reliant électriquement entre eux les doigts métalliques. Le ou les bus métalliques peuvent être disposés sensiblement 10 perpendiculairement aux doigts métalliques. Il est possible que les métallisations correspondent uniquement à des doigts métalliques et qu'elles ne comportent pas de bus métallique, l'interconnexion des cellules étant réalisée à partir d'une nappe de fils d'interconnexion venant directement en contact avec les doigts métalliques de collecte. Lorsque les métallisations comportent un ou plusieurs bus métalliques, l'interconnexion 15 des cellules est réalisée par des rubans d'interconnexion venant en contact avec les bus métalliques formés sur les cellules. La deuxième face du substrat peut comporter également des texturations de forme pyramidale. Dans ce cas, le dispositif photovoltaïque peut comporter en outre des 20 deuxièmes métallisations disposées sur des premières régions de la deuxième face du substrat, une densité des texturations localisées au niveau des premières régions de la deuxième face du substrat pouvant être strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions de la deuxième face du substrat. Ainsi, lorsque le dispositif photovoltaïque comporte des métallisations disposées sur les deux faces 25 principales (ou faces avant et arrière) du substrat, il est possible de texturer plus ou moins densément certaines régions des deux faces du substrat sur lesquelles sont disposées les métallisations. Une hauteur des texturations localisées au niveau des premières régions (c'est-à-dire les premières régions de la première face du substrat et, lorsque la deuxième 3034255 5 face du substrat est également texturée de manière non-uniforme, les premières régions de la deuxième face du substrat) peut être comprise entre environ 1 um et 5 um. Une hauteur des texturations localisées au niveau des deuxièmes régions (de la première face du substrat et éventuellement de la deuxième face du 5 substrat) peut être comprise entre environ 5 um et 20 um. Un rapport entre la hauteur des texturations localisées au niveau des deuxièmes régions et la hauteur des texturations localisées au niveau des premières régions peut être supérieur ou égal à environ 3. En choisissant un tel rapport entre la hauteur des texturations localisées au niveau des deuxièmes régions et la hauteur des 10 texturations localisées au niveau des premières régions, on garantit des dimensions optimales pour les pyramides qui permettent d'avoir des métallisations très fines et des couches additionnelles de très bonne qualité au niveau des deuxièmes régions. L'ensemble de la première face du substrat peut comporter les texturations de forme pyramidale et/ou, lorsque la deuxième face du substrat comporte 15 également les texturations de forme pyramidale, l'ensemble de la deuxième face du substrat comporte les texturations de forme pyramidale. Le dispositif peut comporter au moins une première couche de matériau d'épaisseur sensiblement constante recouvrant la première face du substrat et/ou, lorsque la deuxième face du substrat comporte également les texturations de forme 20 pyramidale, le dispositif peut comporter au moins une deuxième couche de matériau d'épaisseur sensiblement constante recouvrant la deuxième face du substrat. Le dispositif photovoltaïque peut comporter en outre au moins : - une première couche de silicium amorphe disposée sur la première face du substrat (et éventuellement de conductivité opposée à celle du semi-conducteur 25 du substrat) ; - une deuxième couche de silicium amorphe disposée sur la deuxième face du substrat et de conductivité opposée à celle de la première couche de silicium amorphe ; - une première couche d'oxyde transparent conducteur disposée entre 30 la première couche de silicium amorphe et les premières métallisations.
3034255 6 Une deuxième couche d'oxyde transparent conducteur peut être disposée sur la deuxième couche de silicium amorphe. Les première et deuxième couches de silicium amorphe peuvent avoir chacune une épaisseur sensiblement constante. Ces couches de silicium amorphes 5 peuvent être réalisées par un dépôt conforme. Un tel dispositif photovoltaïque correspond à un dispositif à hétérojonction. Le dispositif photovoltaïque peut être en configuration émetteur standard (émetteur formé sur la face avant du substrat) ou émetteur inversé (émetteur 10 formé sur la face arrière du substrat). En variante, le dispositif photovoltaïque peut correspondre à un dispositif à homojonction. Par exemple, il peut comporter en outre au moins une couche antireflet disposée entre la première face du substrat et les premières métallisations, et le substrat peut comporter, au niveau de sa première face, une première zone formant 15 l'émetteur du dispositif photovoltaïque et de conductivité opposée à celle d'une deuxième zone du substrat formant le collecteur du dispositif photovoltaïque. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif photovoltaïque, comportant au moins la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation de texturations de forme pyramidale au niveau d'au moins 20 une première face d'un substrat semi-conducteur cristallin comportant la première face et une deuxième face opposée, une densité des texturations localisées au niveau de premières régions de la première face du substrat étant strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions de la première face du substrat ; 25 - réalisation de premières métallisations sur les premières régions de la première face du substrat. Le procédé peut comporter en outre une étape de réalisation de texturations de forme pyramidale au niveau de la deuxième face du substrat. Dans ce cas, le procédé peut comporter en outre, après la réalisation 30 des texturations de la deuxième face du substrat, une étape de réalisation de deuxièmes 3034255 7 métallisations sur des premières régions de la deuxième face du substrat, une densité des texturations localisées au niveau des premières régions de la deuxième face du substrat pouvant être strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions de la deuxième face du substrat.
5 La réalisation des texturations peut être obtenue en mettant en oeuvre au moins les étapes suivantes : - dépôt localisé d'un composé ou d'un mélange de composés formant un masque poreux recouvrant les premières régions de la première face du substrat et, lorsque le procédé comporte la réalisation de texturations de forme pyramidale au niveau 10 de la deuxième face du substrat, les premières régions de la deuxième face du substrat ; - gravure chimique anisotrope de la ou des faces du substrat sur laquelle ou lesquelles le composé a été déposé, formant les texturations. En variante, la réalisation des texturations peut être obtenue en mettant en oeuvre au moins les étapes suivantes : 15 - chauffage localisé par illumination d'une des premières et deuxièmes régions de la première face du substrat et, lorsque le procédé comporte la réalisation de texturations de forme pyramidale au niveau de la deuxième face du substrat, d'une des premières et deuxièmes régions de la deuxième face du substrat ; - gravure chimique anisotrope de la ou des faces du substrat au niveau 20 de laquelle ou desquelles les premières ou deuxièmes régions ont été chauffées ou sont chauffées, formant les texturations. La gravure chimique anisotrope peut donc être réalisée après le chauffage localisé ou bien pendant ce chauffage localisé (gravure réalisée « in situ »). Le procédé peut comporter en outre, entre la réalisation des 25 texturations de la première face du substrat et la réalisation des premières métallisations, la mise en oeuvre des étapes suivantes : - dépôt d'une première couche de silicium amorphe sur la première face du substrat ; - dépôt d'une première couche d'oxyde transparent conducteur sur la 30 première couche de silicium amorphe ; 3034255 8 - dépôt d'une deuxième couche de silicium amorphe sur la deuxième face du substrat et de conductivité opposée à celle de la première couche de silicium amorphe ; et les premières métallisations peuvent être réalisées sur la première 5 couche d'oxyde transparent conducteur, en regard des premières régions de la première face du substrat. En variante, le procédé peut comporter en outre, entre la réalisation des texturations de la première face du substrat et la réalisation des premières métallisations, la mise en oeuvre des étapes suivantes : 10 - diffusion d'espèces dopantes à travers la première face du substrat dans une première zone formant l'émetteur du dispositif photovoltaïque et de conductivité opposée à celle du substrat (102), une deuxième zone du substrat formant le collecteur du dispositif photovoltaïque ; - dépôt d'une couche antireflet sur la première face du substrat ; 15 et les premières métallisations peuvent être réalisées sur la couche antireflet, en regard des premières régions de la première face du substrat. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en 2 0 faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 et 2 représentent un dispositif photovoltaïque, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ; - la figure 3 représente un dispositif photovoltaïque, objet de la présente invention, selon une variante du premier mode de réalisation ; 25 - la figure 4 représente un dispositif photovoltaïque, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation ; - les figures 5A à 5C représentent une partie des étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif photovoltaïque, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ; 3034255 9 - les figures 6A à 6C représentent une partie des étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif photovoltaïque, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures 5 décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent 10 être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un dispositif photovoltaïque 15 100 selon un premier mode de réalisation. Dans ce premier mode de réalisation, le dispositif 100 correspond à une cellule photovoltaïque à hétérojonction. Le dispositif 100 comporte un substrat 102 de semi-conducteur monocristallin, ici du silicium. Le substrat 102 comporte une face avant 104 au niveau de laquelle des rayons lumineux sont destinés à être reçus par le dispositif 100, et une face 20 arrière 106. La face avant 104 comporte des texturations de forme pyramidale. Ces texturations sont réalisées avec des dimensions différentes selon leur localisation sur la face avant 104. Au niveau de premières régions 108 de la face avant 104 qui correspondent aux emplacements des premières métallisations (bus métalliques 118 et 25 doigts métalliques 116 décrits plus loin) sur la face avant 104 du dispositif 100, les texturations forment des pyramides de petites dimensions, par exemple chacune de hauteur « a » comprise entre environ 1 um et 5 um. Au niveau de deuxièmes régions 110 de la face avant 104 correspondant aux autres parties de la face avant 104 (celles au niveau desquelles aucune métallisation n'est destinée à être formée), les texturations 3034255 10 forment des pyramides de grandes dimensions, par exemple chacune de hauteur « b » comprise entre environ 5 um et 20 um. Avantageusement, le rapport b/a est supérieur ou égal à environ 3. Du fait que les texturations de la face avant 104 sont réalisées via une 5 gravure chimique anisotrope de silicium monocristallin, l'angle formé entre la base et chacune des faces latérales des pyramides correspondant aux texturations localisées au niveau des premières régions 108 est sensiblement égal à celui formé entre la base et chacune des faces latérales des pyramides correspondant aux texturations localisées au niveau des deuxièmes régions 110. Cet angle est égal à environ 54° quelles que soient la 10 taille et la densité des pyramides, la pente des faces des pyramides étant liée à la cristallographie du matériau utilisé, ici le silicium monocristallin, et les faces latérales des pyramides sont formées par les plans cristallins (111) du silicium, la base étant formée par le plan (100). Ainsi, outre les différences de hauteur précédemment décrites entre les pyramides des premières régions 108 et celles des deuxièmes régions 110, les dimensions 15 des côtés de la base des pyramides des premières régions 108 sont inférieures, avantageusement d'un facteur 3, à celles des pyramides des deuxièmes régions 110. Le motif des premières régions 108 dans le plan principal du substrat 102 (plan parallèle au plan (X,Y) sur les figures 1 et 2) correspond à celui des premières métallisations destinées à être réalisées sur la face avant 104 du substrat 102. Par 20 exemple, lorsque ces premières métallisations correspondent à plusieurs doigts métalliques disposés parallèlement les uns aux autres et régulièrement espacés les uns des autres, répartis sur l'ensemble de la face avant 104 du substrat 102 et éventuellement reliés électriquement entre eux par un ou plusieurs bus métalliques disposés perpendiculairement aux doigts métalliques (ou avec tout angle différent 25 de 0° par rapport aux doigts métalliques), le motif des premières régions 108, dans le plan principal du substrat 102, correspond à plusieurs premières lignes parallèles les unes aux autres et réparties sur toute la face avant 104 du substrat 102 et sur lesquelles les doigts métalliques seront réalisés, et éventuellement à une ou plusieurs deuxièmes lignes perpendiculaires aux premières lignes (ou formant un angle, par rapport aux premières 30 lignes, similaire à celui entre les bus métalliques et les doigts métalliques destinés à être 3034255 11 réalisés), chacune croisant l'ensemble des premières lignes et sur laquelle ou lesquelles le ou les bus métalliques seront réalisés. Lorsque les premières métallisations ne sont formées que par des doigts métalliques, c'est-à-dire en l'absence de bus métalliques, le motif des premières régions 5 108 dans le plan principal du substrat 102 correspond à celui de ces doigts métalliques uniquement. Dans cette variante, l'interconnexion entre les cellules est réalisée par des fils d'interconnexion venant directement en contact avec les doigts métalliques, et non par des rubans d'interconnexion. La jonction p-n du dispositif 100 est formée par le substrat 102 qui 10 comporte un semi-conducteur ayant un premier type de conductivité, par exemple de type n, et par une couche 112 déposée de manière conforme, c'est-à-dire avec une épaisseur sensiblement constante, sur les texturations de la face avant 104 du substrat 102. La couche 112 comporte un semi-conducteur dopé selon un deuxième type de conductivité différent du premier, par exemple de type p. La couche 112 est par exemple 15 une couche de silicium amorphe hydrogéné de type p+. La couche 112 est recouverte par une couche 114 d'oxyde transparent conducteur, par exemple d'ITO (oxyde d'étain et d'indium), déposée de manière conforme sur la couche 112 et formant l'électrode avant du dispositif 100. Etant donné les faibles épaisseurs des couches 112 et 114, qui sont 20 généralement de quelques nanomètres ou quelques dizaines de nanomètres, par rapport à celles des texturations pyramidales de la face avant 104 du substrat 102, le relief formé par ces texturations est reproduit par les couches 112 et 114, et se retrouve donc au niveau de la face supérieure de la couche 114. Les métallisations 116, 118 sont sérigraphiées sur la couche 114, 25 au-dessus des premières régions 108, afin de former la grille métallique destinée à collecter le courant généré par le dispositif 100. Cette grille métallique est formée typiquement par plusieurs doigts métalliques 116 parallèles les uns aux autres et espacés régulièrement les uns des autres, et par des bus métalliques 118 de dimensions plus importantes que celles des doigts métalliques 116 et reliant électriquement entre eux les 30 doigts métalliques 116.
3034255 12 Du fait que les métallisations 116 et 118 sont formées sur les premières régions 108 dont les texturations correspondent à des pyramides de faibles dimensions, la pâte ou l'encre servant à leur réalisation ne s'étale pas ou moins que si cette pâte ou cette encre était étalée sur des pyramides de dimensions similaires à celles des 5 deuxièmes régions 110 en raison de la plus grande densité de ces pyramides des premières régions 108 pour une surface donnée. Ainsi, ces métallisations 116, 118 peuvent être plus fines, ou plus étroites, que lorsque des métallisations similaires sont réalisées sur des texturations de plus grandes dimensions, par exemple avec un rapport de forme (rapport de la largeur sur la hauteur) compris entre environ 1 et 5, ce qui réduit 10 l'ombrage lié aux métallisations 116, 118 sur la face avant du dispositif 100 et permet d'augmenter son efficacité de conversion photovoltaïque. De plus, la quantité d'encre ou de pâte conductrice nécessaire à la réalisation des premières métallisations est sensiblement diminuée par rapport aux cellules standards (typiquement d'un facteur de plus de 1,5 lorsque le rapport b/a est supérieur à 3). Les doigts métalliques 116 ont par 15 exemple une largeur (référencée L1 sur la figure 1) comprise entre environ 30 um et 130 um. Les bus métalliques 118 ont par exemple une largeur égale à environ 1 mm. La largeur L2 des premières régions 108 est supérieure ou égale aux largeurs des métallisations 116, 118 destinées à être réalisées sur ces premières régions 108. La face arrière 106 du substrat 102 est recouverte par une couche 120 20 de silicium amorphe hydrogéné de type n formant un champ de surface arrière (BSF) du dispositif 100. La couche 120 est recouverte d'une couche conductrice 122 formant une électrode arrière du dispositif 100. En variante, il est possible que ce soit la face avant 104 du substrat 102 qui soit recouverte par la couche 120, et que l'émetteur du dispositif 100 soit réalisé au 25 niveau de la face arrière. Il est également possible d'avoir un dispositif 100 comportant une jonction de chaque côté du substrat, les couches 122 et 114 pouvant alors être de nature similaire. D'autres couches peuvent être présentes au niveau de la face arrière du substrat 102, par exemple une couche d'oxyde transparent conducteur interposée entre 30 les couches 120 et 122 ou encore une couche de silicium amorphe hydrogéné de type n+ 3034255 13 interposée entre le substrat 102 et la couche 120. De plus, d'autres couches peuvent également être présentes au niveau de la face avant du dispositif 100, comme par exemple une couche de silicium amorphe intrinsèque interposée entre le substrat 102 et la couche 112.
5 En variante, le semi-conducteur du substrat 102 peut être polycristallin. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la face arrière 106 du substrat 102 n'est pas texturée. En variante, il est possible que la face arrière 106 du substrat 102 comporte des texturations de forme pyramidale qui soient uniformes, c'est-à-dire de dimensions sensiblement identiques sur l'ensemble de la face arrière 106.
10 Selon une autre variante, la face arrière 106 du substrat 102 peut comporter des texturations similaires à celles formées au niveau de la première face 104 du substrat 102. Une telle variante de réalisation du dispositif 100 est représentée sur la figure 3. Dans la variante représentée sur la figure 3, les texturations des faces 15 avant 104 et arrière 106 sont réalisées de manière symétrique. De plus, contrairement au dispositif 100 de la figure 1 dont la face arrière est entièrement recouverte par la couche conductrice 122, le dispositif 100 représenté sur la figure 3 comporte des deuxièmes métallisations similaires aux premières métallisations 116, 118, c'est-à-dire formant des doigts métalliques parallèles répartis sur la face arrière (référencés 124 sur la figure 3), et 20 reliées électriquement entre elles par des bus métalliques similaires aux bus 118 (non visibles sur la figure 3). Les deuxièmes métallisations sont localisées sur des premières régions 128 de la face arrière 106 du substrat 102 dont les texturations forment des pyramides de plus petites dimensions que celles de deuxièmes régions 130 de la face arrière 106 au niveau desquelles aucune métallisation n'est réalisée. Les deuxièmes 25 métallisations ne sont pas nécessairement symétriques aux premières métallisations. Dans un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 4, le dispositif 100 correspond à une cellule photovoltaïque à homojonction. Dans ce cas, la jonction p-n du dispositif 100 est formée par ajout de dopants, par tout moyen approprié (diffusion, implantation, etc.), éventuellement rendus électriquement actifs par une étape 30 ultérieure, dans une zone 132 du substrat 102 se trouvant au niveau de la face avant 104 3034255 14 ou de la face arrière 106 et de conductivité opposée à celle du reste du substrat 102. La région 132 correspond par exemple à une région dopée p+ formant l'émetteur de la cellule, tandis que le reste du substrat 102 est dopé n et forme le collecteur de la cellule. Cette implantation est réalisée telle que la région 132 ait une épaisseur sensiblement 5 constante. La région 132 du substrat est recouverte par une ou plusieurs couches 134 anti-réflectives et/ou de passivation. La face arrière du substrat 106 est recouverte par les couches 120 et 122 comme dans le premier mode de réalisation. Les différentes variantes précédemment décrites en liaison avec le premier mode de réalisation (texturations ou 10 non de la face arrière du substrat 102, couches supplémentaires, etc.) peuvent s'appliquer également au dispositif 100 selon le deuxième mode de réalisation. Un premier procédé de réalisation du dispositif photovoltaïque 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 1 est maintenant décrit en liaison avec les figures 5A à 5C.
15 Un pré-nettoyage du substrat 102 peut être tout d'abord réalisé pour éliminer partiellement des débris issus de la découpe du lingot de semi-conducteur à partir duquel est formé le substrat 102. Le substrat 102 peut en outre être gravé sur une certaine épaisseur, par exemple comprise entre environ 2 um et 10 um, pour éliminer les défauts de sciage (procédé également appelé SDR pour « Saw Damage Removal »), afin 20 d'avoir des faces avant 104 et arrière 106 lisses (figure 5A). Un composé ou un mélange de composés 136 est ensuite déposé localement sur les parties de la face avant 104 du substrat 102 destinées à former les premières régions 108 qui comporteront les texturations de forme pyramidale de petites dimensions, c'est-à-dire au niveau des emplacements des futures métallisations du 25 dispositif 100 (figure 5B). Si la face arrière 106 du substrat 102 est également destinée à comporter des texturations de dimensions différentes comme sur l'exemple de la figure 3, ce composé est également déposé localement sur les parties de la face arrière 106 du substrat 102 destinées à former les premières régions 128. Ce composé 136 correspond par exemple à un composé organique à 30 base de PVC, et/ou d'alcool isopropylique (également appelé isopropanol ou IPA), et/ou 3034255 15 d'un mélange à base d'éthylhexanoate et d'acide éthylhexanoique, et/ou encore d'un mélange de phosphate de trisodium et de soude. Le dépôt localisé du composé 136 peut se faire par le passage du substrat 102 sur des courroies recouvertes du ou des produits formant le composé 136 (la largeur des courroies définissant la largeur des portions du 5 composé 136 qui sont déposées), ou par spray à travers un masque, ou par application d'un adhésif ou d'un tampon, ou encore par toute autre méthode applicable à la problématique de dépôt de portions longilignes de ce composé. Dans le cas de métallisations destinées à être réalisées sur les faces avant et arrière du dispositif 100, l'application du composé 136 peut être réalisée sur les faces avant 104 et arrière 106 du 10 substrat 102 simultanément par un passage du substrat 102 entre des rouleaux dont les zones de contact avec les faces avant 104 et arrière 106 du substrat 102 définissent le motif des portions du composé 136 qui sont déposées. Les texturations sont ensuite obtenues en mettant en oeuvre une gravure chimique anisotrope consistant à plonger l'ensemble précédemment formé dans 15 un bain de solution alcaline, par exemple une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium KOH ou d'hydroxyde de sodium NaOH, dont la concentration peut varier d'environ 0,5% à 45%, à une température entre 50°C et 95°C, pendant 1 à 60 min. Un additif jouant sur la vitesse de gravure, l'uniformité de gravure et la hauteur des pyramides est présent dans le bain. Cette gravure forme, au niveau des zones de la face avant 104 non recouvertes 20 par le composé 136, les régions 110 comportant des texturations de forme pyramidale de grandes dimensions. Par contre, les zones de la face avant 104 qui sont recouvertes par le composé 136 se gravent plus densément que celles non recouvertes par le composé 136. En variante, ce procédé peut être mis en oeuvre avec un composé ou un mélange de composés 136 permettant de texturer moins densément le semi-conducteur 25 du substrat 102. Dans ce cas, le composé 136 est déposé localement sur les parties de la face avant 104 du substrat 102 destinées à former les deuxièmes régions 110. Dans l'exemple décrit ici, seule la face avant 104 est exposée au bain de gravure. Toutefois, si des texturations sont destinées à être réalisées sur la face arrière 106 du substrat 102, cette face arrière 106 qui comporte également des zones 30 recouvertes par le composé 136 est dans ce cas également exposée au bain de gravure.
3034255 16 Une fois les texturations obtenues, les portions du composé 136 sont ensuite retirées. Un nettoyage de surface post-texturation peut notamment être mis en oeuvre pour éliminer des restes ou sous-produits du composé 136 déposé localement. Des dépôts conformes des différentes couches (ici les couches 112 et 5 114) sur les texturations de la face avant 104 du substrat 102 sont ensuite réalisés. Les épaisseurs des couches déposées dépendent notamment de l'inclinaison des faces latérales des pyramides formées. Du fait que l'ensemble de la face avant 104 comporte des texturations de forme pyramidale et que l'inclinaison des faces latérales des pyramides est la même à la fois pour les pyramides des régions 108 que pour celles des 10 régions 110 (54,7° du fait que ces faces latérales sont formées par les plans (111) du silicium), les épaisseurs des couches déposées sur ces texturations sont sensiblement constantes sur l'ensemble de la face avant 104, et cela malgré les différences de dimensions des pyramides au niveau de la face avant 106. Les métallisations 116, 118 sont ensuite réalisées en face avant du 15 dispositif 100, sur les premières régions 108 qui comportent les pyramides de faibles dimensions. Pour la formation des métallisations, les lignes métalliques destinées à former les doigts 116 et les bus 118 peuvent être réalisées par sérigraphie ou jet d'encre à travers un écran ou un masque, de manière alignée avec les premières régions 108 où les pyramides sont les plus petites. L'alignement des lignes métalliques sur les lignes 20 formées par les premières régions 108 peut par exemple se faire à l'aide d'un système de détection de la densité ou des hauteurs des pyramides par microscopie optique et de mires (laser par exemple), ce système mettant par exemple en oeuvre les étapes suivantes : - à partir d'un bord du substrat 102, une première région 108 formant 25 une ligne comportant des petites pyramides est recherchée au microscope et identifiée grâce à la différence de taille entre les pyramides de cette première région 108 et les pyramides des deuxièmes régions 110, par exemple via un traitement d'image numérique ; - une extrémité de cette première région 108 est ensuite localisée par 30 le système ; 3034255 17 - une fois l'extrémité de la première région 108 repérée, une mire (c'est-à-dire un marqueur) est réalisée à cet endroit ; - les opérations ci-dessus sont répétées à un l'angle diamétralement opposé du substrat 102 afin d'identifier une extrémité d'une autre première région 108 5 qui est la plus éloignée de celle précédemment identifiée ; - les métallisations sont ensuite réalisées en alignant le motif d'un écran de sérigraphie ou d'un masque comportant des ouvertures sur les mires réalisées précédemment, et en disposant l'écran ou le masque de manière alignée sur le substrat 102.
10 Le dispositif 100 est ensuite achevé en réalisant les couches 120 et 122 sur la face arrière 106 du substrat 102. Pour la réalisation du dispositif 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 3, les métallisations de la face arrière du dispositif 100 peuvent être réalisées de manière identique à celles de la face avant du dispositif 100.
15 Un deuxième procédé de réalisation du dispositif photovoltaïque 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 1 est maintenant décrit en liaison avec les figures 6A à 6C. Le substrat 102 est toute d'abord préparé comme précédemment décrit pour le premier procédé de réalisation (figure 6A).
20 Ensuite, au lieu de déposer localement le composé 136, le substrat 102 est chauffé localement par illumination au niveau des zones destinées à former les deuxièmes régions 110 où les texturations auront de grandes dimensions. Cet échauffement localisé permet, lors de l'attaque chimique réalisée ensuite ou pendant le chauffage localisé, d'accélérer la gravure de ces zones chauffées par rapport aux zones 25 non chauffées. L'illumination locale peut être réalisée soit en illuminant complètement la face du substrat 102 et en appliquant au préalable un masque 138, non lié au substrat 102, cachant les zones de la face correspondant aux premières régions 108 (figure 6B), soit en utilisant un faisceau laser 140 balayant en continue les zones de la face correspondant aux deuxièmes régions 110 (figure 6C). Avantageusement, cette 30 illumination est réalisée en utilisant une source lumineuse de faible longueur d'onde, par 3034255 18 exemple comprise entre environ 300 nm et 500 nm de façon à ce que l'énergie lumineuse soit absorbée à proximité de la surface du substrat 102. L'illumination est réalisée telle que localement, la surface du substrat 102 qui est chauffée atteigne une température comprise entre environ 50°C et 95°C. Une telle température peut être par exemple 5 atteinte si la surface du substrat 102 de silicium est illuminée avec une lampe halogène délivrant une puissance lumineuse comprise entre environ 500 lux et 1000 lux. La gravure anisotrope par attaque chimique de la face destinée à être texturée est ensuite, ou simultanément, mise en oeuvre par exemple dans un bain de nature similaire au bain précédemment décrit pour le premier exemple de procédé, mais 10 à faible température (par exemple entre environ 20°C et 50°C), pour obtenir des pyramides de petites dimensions là où le substrat 102 n'est pas localement chauffé par illumination et des pyramides de grandes dimensions là où le substrat 102 a été ou est illuminé, en raison de la plus grande vitesse de gravure obtenue au niveau des zones chauffées du substrat 102.
15 La réalisation du dispositif 100 est ensuite achevée de manière similaire à celle précédemment décrite pour le premier exemple de procédé de réalisation du dispositif 100. Pour la réalisation d'un dispositif photovoltaïque à homojonction tel que précédemment décrit en liaison avec la figure 4, les étapes mises en oeuvre pour former 20 les texturations du substrat 102 sont identiques à celles décrites ci-dessus, en utilisant soit le dépôt localisé du composé 136 sur les zones du substrat 102 destinées à former les premières régions 108, soit l'illumination localisée des zones du substrat 102 destinées à former les deuxièmes régions 110. La région 132 destinée à former l'émetteur du dispositif 100 est ensuite réalisée par diffusion ou implantation de dopants, puis la ou les 25 couches 134 anti-réflectives et/ou de passivation sont déposées sur la région 132. Les couches disposées sur la face arrière 106 du substrat 102 sont ensuite réalisées comme précédemment décrit.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Dispositif photovoltaïque (100) comportant au moins : un substrat (102) semi-conducteur cristallin comportant des première et deuxième faces (104, 106) opposées et dont au moins la première face (104) comporte des texturations de forme pyramidale ; - des premières métallisations (116, 118) disposées sur des premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102) ; dans lequel une densité des texturations localisées au niveau des premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102) est strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions (110) de la première face (104) du substrat (102).
- 2. Dispositif photovoltaïque (100) selon la revendication 1, dans lequel la deuxième face (106) du substrat (102) comporte également des texturations de forme pyramidale.
- 3. Dispositif photovoltaïque (100) selon la revendication 2, comportant en outre des deuxièmes métallisations (124) disposées sur des premières régions (128) de la deuxième face (106) du substrat (102), une densité des texturations localisées au niveau des premières régions (128) de la deuxième face (106) du substrat (102) étant strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions (130) de la deuxième face (106) du substrat (102).
- 4. Dispositif photovoltaïque (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une hauteur des texturations localisées au niveau des premières régions (108, 128) est comprise entre environ 1 um et 5 um.
- 5. Dispositif photovoltaïque (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une hauteur des texturations localisées au niveau des deuxièmes régions (110, 130) est comprise entre environ 5 um et 20 um. 3034255 20
- 6. Dispositif photovoltaïque (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un rapport entre la hauteur des texturations localisées au niveau des deuxièmes régions (110, 130) et la hauteur des texturations localisées au niveau des premières régions (108, 128) est supérieur ou égal à environ 3. 5
- 7. Dispositif photovoltaïque (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble de la première face (104) du substrat (102) comporte les texturations de forme pyramidale et/ou dans lequel, lorsque la deuxième face (106) du substrat (102) comporte les texturations, l'ensemble de la deuxième face 10 (106) du substrat (102) comporte les texturations de forme pyramidale.
- 8. Dispositif photovoltaïque (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins : - une première couche de silicium amorphe (112) disposée sur la 15 première face (104) du substrat (102) ; - une deuxième couche de silicium amorphe (120) disposée sur la deuxième face (106) du substrat (102) et de conductivité opposée à celle de la première couche de silicium amorphe (112) ; - une première couche d'oxyde transparent conducteur (114) disposée 20 entre la première couche de silicium amorphe (112) et les premières métallisations (116, 118).
- 9. Dispositif photovoltaïque (100) selon l'une des revendications 1 à 7, comportant en outre au moins une couche antireflet (134) disposée entre la première 25 face (104) du substrat (102) et les premières métallisations (116, 118), et dans lequel le substrat (102) comporte, au niveau de sa première face (104), une première zone (132) formant l'émetteur du dispositif photovoltaïque (100) et de conductivité opposée à celle d'une deuxième zone du substrat (102) formant le collecteur du dispositif photovoltaïque (100). 30 3034255 21
- 10. Procédé de réalisation d'un dispositif photovoltaïque, (100) comportant au moins la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation de texturations de forme pyramidale au niveau d'au moins une première face (104) d'un substrat (102) semi-conducteur cristallin comportant la 5 première face (104) et une deuxième face (106) opposée, une densité des texturations localisées au niveau de premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102) étant strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions (110) de la première face (104) du substrat (102) ; - réalisation de premières métallisations (116, 118) sur les premières 10 régions (108) de la première face (104) du substrat (102).
- 11. Procédé selon la revendication 10, comportant en outre une étape de réalisation de texturations de forme pyramidale au niveau de la deuxième face (106) du substrat (102). 15
- 12. Procédé selon la revendication 11, comportant en outre, après la réalisation des texturations de la deuxième face (106) du substrat (102), une étape de réalisation de deuxièmes métallisations (124) sur des premières régions (128) de la deuxième face (106) du substrat (102), une densité des texturations localisées au niveau 20 des premières régions (128) de la deuxième face (106) du substrat (102) étant strictement supérieure à celle des texturations localisées au niveau de deuxièmes régions (130) de la deuxième face (106) du substrat (102).
- 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel la 25 réalisation des texturations est obtenue en mettant en oeuvre au moins les étapes suivantes : - dépôt localisé d'un composé (136) ou d'un mélange de composés (136) formant un masque poreux recouvrant les premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102) et, lorsque le procédé comporte la réalisation de texturations 30 de forme pyramidale au niveau de la deuxième face (106) du substrat (102), les premières régions (128) de la deuxième face (106) du substrat (102) ; 3034255 22 - gravure chimique anisotrope de la ou des faces (104, 106) du substrat (102) sur laquelle ou lesquelles le composé (136) a été déposé, formant les texturations.
- 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel la 5 réalisation des texturations est obtenue en mettant en oeuvre au moins les étapes suivantes : - chauffage localisé par illumination d'une des premières et deuxièmes régions (108, 110) de la première face (104) du substrat (102) et, lorsque le procédé comporte la réalisation de texturations de forme pyramidale au niveau de la deuxième 10 face (106) du substrat (102), d'une des premières et deuxièmes régions (128, 130) de la deuxième face (106) du substrat (102) ; - gravure chimique anisotrope de la ou des faces (104, 106) du substrat (102) au niveau de laquelle ou desquelles les premières ou deuxièmes régions (108, 110, 128, 130) ont été chauffées ou sont chauffées, formant les texturations. 15
- 15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 14, comportant en outre, entre la réalisation des texturations de la première face (104) du substrat (102) et la réalisation des premières métallisations (116, 118), la mise en oeuvre des étapes suivantes : 20 - dépôt d'une première couche de silicium amorphe (112) sur la première face (104) du substrat (102) ; - dépôt d'une première couche d'oxyde transparent conducteur (114) sur la première couche de silicium amorphe (112) ; - dépôt d'une deuxième couche de silicium amorphe (120) sur la 25 deuxième face (106) du substrat (102) et de conductivité opposée à celle de la première couche de silicium amorphe (112) ; et dans lequel les premières métallisations (116, 118) sont réalisées sur la première couche d'oxyde transparent conducteur (114), en regard des premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102). 30 3034255 23
- 16. Procédé selon l'une des revendications 10 à 14, comportant en outre, entre la réalisation des texturations de la première face (104) du substrat (102) et la réalisation des premières métallisations (116, 118), la mise en oeuvre des étapes suivantes : 5 - diffusion d'espèces dopantes à travers la première face (104) du substrat (102) dans une première zone (132) formant l'émetteur du dispositif photovoltaïque (100) et de conductivité opposée à celle du substrat (102), une deuxième zone du substrat (102) formant le collecteur du dispositif photovoltaïque (100) ; - dépôt d'une couche antireflet (134) sur la première face (104) du 10 substrat (102) ; et dans lequel les premières métallisations (116, 118) sont réalisées sur la couche antireflet (134), en regard des premières régions (108) de la première face (104) du substrat (102).
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3073081A1 (fr) * | 2017-10-27 | 2019-05-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Substrat semi-conducteur protege pour son transport et sa manipulation |
| CN112349809A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-02-09 | 泰州中来光电科技有限公司 | 一种局域发射极的太阳能电池及其制备方法 |
| EP3840060A1 (fr) * | 2019-12-18 | 2021-06-23 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Procédé de formation de motifs à la surface d'un susbtrat en silicium cristallin |
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