WO2022013167A1 - Fabrication de cellules solaires - Google Patents

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WO2022013167A1
WO2022013167A1 PCT/EP2021/069370 EP2021069370W WO2022013167A1 WO 2022013167 A1 WO2022013167 A1 WO 2022013167A1 EP 2021069370 W EP2021069370 W EP 2021069370W WO 2022013167 A1 WO2022013167 A1 WO 2022013167A1
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solar cell
doped
tunnel oxide
dopant
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PCT/EP2021/069370
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Juhong Yang
Raymond DE MUNNIK
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Semco Smartech France
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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 face of the solar cells to allow an external electrical circuit or device to be coupled to and powered by the solar cell as 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 first layer doped with a dopant of a first conductivity type on the tunnel oxide; forming a mask on the first doped layer; forming a second layer doped with a dopant of a second conductivity type on the mask; and doping at least a first region of the first doped layer using a laser, through the second doped layer with the dopant of the second conductivity type.
  • the method comprises the formation of trenches extending in the second layer, in the mask, in the first doped layer and in the tunnel oxide after the formation of the second layer.
  • trenches separate the first region of the first doped layer from the second regions of the first doped layer.
  • the method comprises texturing the semiconductor substrate on another surface.
  • the method comprises the formation of a passivation film on the first doped layer, the passivation layer covering the inside of the trenches.
  • a solar cell with interdigitated rear contacts or IBC obtained by the method described above.
  • One embodiment provides a solar panel comprising IBC solar cells.
  • 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 in the manufacturing process of Figure 18.
  • 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.
  • FIGS. 1 may include passivation layers 38, 39, 40 to protect the structure from external electrical damage.
  • FIGs 2 to 16 are sectional views illustrating steps of an example of the solar cell manufacturing process illustrated in Figure 1.
  • the method of manufacturing the solar cell shown in Figure 1 may include:
  • 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);
  • Figure 17 is a sectional view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present description.
  • the solar cell illustrated in FIG. 17 consists of a semiconductor substrate 50 having a part a front face intended to receive solar radiation during normal operation and a rear face part where metal contacts with the solar cell are formed.
  • the solar cell has a textured front face covered by 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, respectively, to regions 541, 66 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.
  • the solar cell represented in FIG. 17 may comprise, between region 541 and region 66, trenches 60 and, in substrate 50, a shallow depth 68 of the substrate doped with the dopants of the second type of conductivity. .
  • Figure 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 as phosphorus (P) or a p-type dopant such as gallium (Ga) and boron (B).
  • an n-type dopant such as as phosphorus (P) or a p-type dopant such as gallium (Ga) and 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).
  • Figure 19 illustrates another manufacturing step 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 a tunnel oxide layer 52.
  • the tunnel oxide layer 52 is formed on the rear face 503 and, for example, on the front face of the substrate 50.
  • the tunnel oxide layer 52 is formed in order to be thin enough to increase the probability of tunneling of electrons directly through the tunnel oxide layer 52.
  • the tunnel oxide layer 52 can 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 can 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 first undergo wet etching using potassium hydroxide to thin the substrate. 50, then a rinse-clean cycle, then the ozone oxidation process to form a tunnel oxide layer 52 all in the same equipment. During the ozone oxidation process, a tunnel oxide 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.
  • 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).
  • a masking layer 56 is formed over and under layer 54 to completely envelop the structure.
  • Masking layer 56 will be used in a subsequent etch and laser process ( Figures 23-25) exposing portions of layer 54.
  • a layer 57 is formed over and under masking layer 56 to completely envelop the structure.
  • layer 57 may be doped with an n-type dopant.
  • the layer 57 is made of a phosphosilicate glass (PSG), for example, by an atmospheric reaction of phosphine (PH3) and tetraethyl orthosilicate (TEOS).
  • PSG phosphosilicate glass
  • PH3 phosphine
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • FIG. 19 another masking layer 58 is formed on layer 57 in order to completely cover the structure.
  • the masking layers 56 and 58 and the layer 57 can 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 layers 56, 58 and the layer 57.
  • the masking layers 56, 58 can be made of a material, which is chosen to be an undoped material having no conductive dopant and for its ability to prevent the diffusion of the n-conductivity dopant.
  • the mask layers 56, 58 may be a single layer comprising silicon oxide (SiO ) , silicon nitride (SiH ) , silicon oxynitride (SiO 2 Ny), intrinsic amorphous silicon, or silicon carbide (SiC), or a combination of these materials.
  • SiO silicon oxide
  • SiH silicon nitride
  • SiO 2 Ny silicon oxynitride
  • SiC silicon carbide
  • FIG. 20 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the masking layers 56, 58 and the layer 57 are removed from the front face (on the side of the front face 501 of the substrate 50). If masking layers 56, 58 and layer 57 are formed in the previous step by PECVD, the present removal step can be skipped.
  • FIG. 21 illustrates another step in the manufacture of a solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the masking layers are identical to one embodiment.
  • trenches 60 are, for example, made using a laser.
  • the masking layers 56, 58 and the layer 57 are removed from the back face (on the side of the back face 503 of the substrate 50) in certain areas in order to create openings in one step. .
  • the openings are, for example, made using a laser.
  • masking layers 56, 58 and layer 57 are 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 hydrofluoric acid, potassium hydroxide, and isopropyl alcohol or TMAH (tetramethylammonium hydroxide) solution.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • the wet etch process etches to create trenches 60 which extend from openings in layer 54, in tunnel oxide layer 52 and in substrate 50. Regions 541 and 542 are formed in layer 57. 54.
  • each trench 60 has a width of between 30 nm and 200 ⁇ m.
  • Figure 21 also illustrates the doping of areas 542 to create regions 66.
  • the method of doping areas 52 is implemented using a laser.
  • 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. Other said, any wavelength among infrared 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. 22 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 a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) solution.
  • the wet etching process textures the front face 501 with random pyramids, thus advantageously improving the solar radiation collection efficiency.
  • This embodiment illustrates that the front surface 501 of the semiconductor substrate 50 is textured at this step.
  • the embodiment of the present description is not limited to this.
  • FIG. 23 illustrates another step in the manufacture of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the structure shown in Figure 22 is, in Figure 23, 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).
  • POCI3 phosphoryl trichloride
  • the front surface 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.
  • the embodiment of the present description is not limited thereto.
  • 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 in a separate process selected from various processes including, for example, ion implantation, thermal diffusion, and laser doping.
  • the field zones of 64 and the regions 68 are produced during the same doping process under POCI3.
  • the structure is, for example, heated.
  • FIG. 24 illustrates another manufacturing step of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the masks 56, 58, and the layer 57 are removed and the structure is removed from the gaseous atmosphere 62.
  • FIG. 25 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 has a front surface passivation film and an 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 front surface passivation film and the anti-reflective film can be formed by 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 surface passivation film and the anti-reflective film is not defined.
  • FIG. 26 illustrates another manufacturing step of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • the 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. 27 illustrates another manufacturing step of a contact solar cell according to the embodiment of the present description.
  • Figure 27 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 producing, for example, 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 and implementations is that the deposition of the tunnel oxide, of the doped layer and of the mask is carried out in one step, unlike the first embodiment.
  • An advantage of the second embodiments and implementations is that the solar cell manufacturing process is shorter and less expensive than the first embodiment.

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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 (503) d'un substrat semiconducteur (50); la formation d'une première couche (54) dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel; la formation d'un masque (56) sur la première couche dopée; la formation d'une deuxième couche (57) dopée avec un dopant d'un deuxième type de conductivité sur le masque; et le dopage d'au moins une première région (542, 66) de la première couche dopée en utilisant un laser, à travers la deuxième couche dopée avec le dopant du deuxième type de conductivité.

Description

DESCRIPTION
Fabrication de cellules solaires
La présente demande revendique les priorités des demandes de brevet français numéro 2007382 du 13 juillet 2020 ayant pour titre "procédé de fabrication de contacts passivés pour cellules solaires IBC" et numéro 2011026 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 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 à coupler à et à alimenter 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 les cellules solaires actuelles et leur procédé de fabrication, 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 première couche dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel ; la formation d'un masque sur la première couche dopée ; la formation d'une deuxième couche dopée avec un dopant d'un deuxième type de conductivité sur le masque ; et le dopage d'au moins une première région de la première couche dopée en utilisant un laser, à travers la deuxième couche dopée avec le dopant du deuxième type de conductivité.
[0006] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation de tranchées s'étendant dans la deuxième couche, dans le masque, dans la première couche dopée et dans l'oxyde tunnel après la formation de la deuxième couche.
[0007] Selon un mode de réalisation, des tranchées séparent la première région de la première couche dopée des deuxièmes régions de la première couche dopée.
[0008] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la texturation du substrat semiconducteur sur une autre surface.
[0009] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation d'un film de passivation sur la première couche dopée, la couche de passivation recouvrant l'intérieur des tranchées . [0010] Un mode de réalisation prévoit une cellule solaire à contacts arrières interdigités ou IBC obtenue par le procédé décrit précédemment.
[0011] Un mode de réalisation prévoit un panneau solaire comprenant des cellules solaires IBC.
Brève description des dessins
[0012] 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 :
[0013] la figure 1 illustre une vue en coupe illustrant un exemple d'une cellule solaire ;
[0014] 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
[0015] la figure 3 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0016] la figure 4 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0017] la figure 5 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0018] la figure 6 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0019] la figure 7 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0020] la figure 8 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0021] la figure 9 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ; [0022] la figure 10 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0023] la figure 11 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0024] la figure 12 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0025] la figure 13 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0026] la figure 14 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0027] la figure 15 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0028] la figure 16 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 2 ;
[0029] la figure 17 illustre une vue en coupe illustrant une cellule solaire selon un mode de réalisation de la présente description ;
[0030] 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 ;
[0031] la figure 19 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0032] la figure 20 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0033] la figure 21 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0034] la figure 22 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0035] la figure 23 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ; [0036] la figure 24 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0037] la figure 25 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ;
[0038] la figure 26 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18 ; et
[0039] la figure 27 illustre une autre étape du procédé de fabrication de la figure 18.
Description des modes de réalisation
[0040] 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.
[0041] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
[0042] 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.
[0043] 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.
[0044] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0045] La figure 1 est une vue en coupe illustrant un exemple d'une cellule solaire.
[0046] 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.
[0047] 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.
[0048] Des contacts métalliques 41 sont connectés aux régions 32 et 36 pour permettre aux circuits et dispositifs externes de recevoir une alimentation électrique provenant de la cellule solaire.
[0049] La cellule solaire de la figure 1 peut comporter des couches de passivation 38, 39, 40 pour protéger la structure de dégâts électriques externes. [0050] Les figures 2 à 16 sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple de procédé de fabrication de la cellule solaire illustrée en figure 1.
[0051] Le procédé de fabrication 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 par une étape de dépôt de métal.
[0052] La figure 17 est une vue en coupe illustrant une cellule solaire selon un mode de réalisation de la présente description .
[0053] 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 par une couche dopée 64.
[0054] 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.
[0055] Des contacts métalliques 76 et 78 sont connectés, respectivement, aux régions 541, 66 pour permettre à des circuits et dispositifs externes de recevoir une alimentation électrique provenant de la cellule solaire.
[0056] La cellule solaire de la figure 17 peut comporter des couches de passivation 70, 72, 74 pour protéger la structure de dégâts électriques externes.
[0057] De plus, la cellule solaire représentée en figure 17 peut comporter, entre la région 541 et la région 66, des tranchées 60 et, dans le substrat 50, une faible profondeur 68 du substrat dopée avec les dopants du deuxième type de conductivité .
[0058] La figure 18 illustre une étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0059] Dans le présent mode de réalisation, le substrat 50 est un substrat semiconducteur, par exemple une tranche de silicium, de préférence dopée avec un dopant de type n tel que du phosphore (P) ou un dopant de type p tel que du gallium (Ga) et du bore (B).
[0060] 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).
[0061] La figure 19 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0062] En figure 19, une couche dopée 54, par exemple une couche de silicium polycristallin dopée p, est formée sur une couche d'oxyde tunnel 52.
[0063] La couche d'oxyde tunnel 52 est formée sur la face arrière 503 et, par exemple, sur la face avant du substrat 50. La couche d'oxyde tunnel 52 est formée afin d'être suffisamment mince pour augmenter la probabilité de passage d'électrons par effet tunnel directement 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 à l'ozone pour former une couche d'oxyde tunnel 52 entièrement dans le même équipement. Pendant le procédé d'oxydation à l'ozone, un oxyde tunnel croît sur les deux faces du substrat 50.
[0064] 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 .
[0065] 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).
[0066] En figure 19, après le dépôt de la couche 54, une couche de masquage 56 est formée sur et sous la couche 54 afin d'envelopper complètement la structure. La couche de masquage 56 sera utilisée dans un procédé ultérieur de gravure et laser (figures 23 à 25) exposant des parties de la couche 54.
[0067] En figure 19, une couche 57 est formée sur et sous la couche de masquage 56 afin d'envelopper complètement la structure. Dans un exemple, la couche 57 peut être dopée avec un dopant de type n. Selon un mode de réalisation, la couche 57 est constituée d'un verre de phosphosilicate (PSG), par exemple, par une réaction atmosphérique de phosphine (PH3) et d'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS).
[0068] En figure 19, une autre couche de masquage 58 est formée sur la couche 57 afin de recouvrir complètement la structure .
[0069] Les couches de masquage 56 et 58 et la couche 57 peuvent être formées, par exemple, par croissance thermique ou par dépôt chimique (PECVD ou LPCVD). Toutefois, différents autres procédés peuvent être appliqués pour former les couches de masquage 56, 58 et la couche 57.
[0070] Les couches de masquage 56, 58 peuvent être constituées d'un matériau, qui est 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, les couches de masquage 56, 58 peuvent 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), ou une combinaison de ces matériaux. En particulier, lorsque les couches de masquage 56, 58 sont une seule couche constituée de carbure de silicium, les couches de masquage 56, 58 peuvent empêcher efficacement la diffusion du dopant.
[0071] La figure 20 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0072] En figure 20, les couches de masquage 56, 58 et la couche 57 sont retirées de la face avant (du côté de la face avant 501 du substrat 50). Si les couches de masquage 56, 58 et la couche 57 sont formées dans l'étape précédente par PECVD, la présente étape de retrait peut être ignorée.
[0073] La figure 21 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire selon le mode de réalisation de la présente description.
[0074] Selon un mode de réalisation, les couches de masquage
56, 58, la couche 57, la couche 52, la couche 54 et une partie du substrat 50 sont retirées de la face arrière (du côté de la face arrière 503 du substrat 50) dans certaines zones afin de créer des tranchées 60. Les tranchées 60 sont, par exemple, réalisées en utilisant un laser. [0075] Selon un autre mode de réalisation, les couches de masquage 56, 58 et la couche 57 sont retirées de la face arrière (du côté de la face arrière 503 du substrat 50) dans certaines zones afin de créer des ouvertures en une étape. Les ouvertures sont, par exemple, réalisées en utilisant un laser. Dans une autre étape, les couches de masquage 56, 58 et la couche 57 sont utilisées pendant la gravure d'une couche de dopant de type p 54 et de la couche d'oxyde tunnel 52. Dans le même mode de réalisation, la couche 54, la couche 52 et le substrat 50 sont configurées en utilisant un procédé de gravure humide comprenant de l'acide fluorhydrique, de l'hydroxyde de potassium et 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 les couches de masquage 56, 58 et la couche
57. Le procédé de gravure humide grave afin de créer des tranchées 60 qui s'étendent depuis les ouvertures dans la couche 54, dans la couche d'oxyde tunnel 52 et dans le substrat 50. Des régions 541 et 542 sont formées dans la couche 54.
[0076] En figure 21, deux tranchées 60 sont formées dans les couches de masquage 56, 58, dans la couche 57, dans la couche 54, dans la couche d'oxyde tunnel 52 et dans le substrat 50, toutefois le nombre de tranchées 60 peut être différent de deux. Chaque tranchée 60 a une largeur comprise entre 30 nm et 200 pm.
[0077] La figure 21 illustre également le dopage de zones 542 afin de créer des régions 66. Le procédé de dopage des zones 52 est mis en œuvre en utilisant un laser.
[0078] 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.
[0079] La figure 22 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0080] En figure 22, 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.
[0081] Le présent mode dé réalisation illustre que la surface avant 501 du substrat semiconducteur 50 est texturée à cette étape. Toutefois, le mode de réalisation de la présente description n'est pas limité à cela.
[0082] La figure 23 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0083] La structure représentée en figure 22 est, en figure 23, 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 du phosphore (P), l'atmosphère gazeuse 62 peut comporter du trichlorure de phosphoryle (POCI3). [0084] A ce stade, la surface 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 dans un procédé séparé choisi parmi différents procédés comportant, par exemple, une implantation ionique, une diffusion thermique, et un dopage au laser.
[0085] Pendant les étapes illustrées par la figure 23, les zones de champ de 64 et les régions 68 sont réalisées pendant le même procédé de dopage sous POCI3.
[0086] Après cette étape, la structure est, par exemple, chauffée .
[0087] La figure 24 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0088] A ce stade, les masques 56, 58, et la couche 57 sont retirées et la structure est sortie de l'atmosphère gazeuse 62.
[0089] La figure 25 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0090] En figure 25, 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, le dépôt sous vide, le dépôt chimique en phase vapeur, le revêtement par centrifugation, la sérigraphie, ou le revêtement par pulvérisation. La séquence de formation du film de passivation de surface avant et du film anti réfléchissant n'est pas définie.
[0091] La figure 26 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0092] En figure 26, les films isolants 72 et 74 sont formés respectivement sur la surface arrière et sur la surface latérale de la structure.
[0093] 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, le dépôt sous vide, le dépôt chimique en phase vapeur, le revêtement par centrifugation, la sérigraphie, ou le revêtement par pulvérisation .
[0094] La figure 27 illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description.
[0095] La figure 27 illustre la formation de première et deuxième électrodes 76 et 78, qui sont connectées respectivement aux régions conductrices 541 et 66.
[0096] 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.
[0097] Un avantage des deuxièmes modes de réalisation et de mise en œuvre est que le dépôt de l'oxyde tunnel, de la couche dopée et du masque est réalisé en une étape au contraire du premier mode de réalisation.
[0098] Un avantage des deuxièmes modes de réalisation et de mise en œuvre est que le procédé de fabrication des cellules solaires est plus court et moins cher que le premier mode de réalisation .
[0099] 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.
[0100] 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 première couche (54) dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel ; la formation d'un masque (56) sur la première couche dopée ; la formation d'une deuxième couche (57) dopée avec un dopant d'un deuxième type de conductivité sur le masque ; et le dopage d'au moins une première région (542, 66) de la première couche dopée en utilisant un laser, à travers la deuxième couche dopée avec le dopant du deuxième type de conductivité.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant la formation de tranchées (60) s'étendant dans la deuxième couche (57), dans le masque (56), dans la première couche dopée (54) et dans l'oxyde tunnel (50) après la formation de la deuxième couche.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel des tranchées
(60) séparent la première région (542, 66) de la première couche dopée des deuxièmes régions (541) de la première couche dopée.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, comprenant la formation d'un film de passivation (72) sur la première couche dopée, la couche de passivation recouvrant l'intérieur des tranchées.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant la texturation du substrat semiconducteur (50) sur une autre surface (501).
6. Cellule solaire IBC obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Panneau solaire comprenant des cellules solaires IBC selon la revendication 6.
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