Brevet FR2086311A1 — publié le 19711231

l'invention concerne un transducteur photo-électrique. Jusqu'ici, il a été mis au point, à titre de transducteurs photo-électriques, des cellules photorésistantes et des éléments solaires (cellules photovoltaïques) faisant usage de semi-5 conducteurs. Cependant, ces transducteurs ont pour inconvénient que leur rendement ne peut pas atteindre un niveau très élevé. Par exemple, un élément solaire utilisant le silictim a un rendement de l'ordre de 24$, .et un tel élément utilisant l'arséniure de gal-10 lium a un rendement de 28$ environ. Il est donc nécessaire, pour utiliser des éléments classiques à titre de source de puissance, de mettre en oeuvre un nombre considérable d'éléments solaires. l'invention a pour but de'fournir un transducteur photoélectrique ayant un rendement élevé. 15 Conformément à l'invention, il est proposé un transducteur photo-électrique constitué par un corps semi-conducteur qui contient une barrière redresseuse et qui est dopé avec une impureté formant un bas niveau au voisinage immédiat de cette barrière redresseuse, ainsi que desjélectrodes disposées sur le corps semi-20 conducteur des deux côtés de la barrière redresseuse, ce transducteur ayant un rendement dix fois meilleur en comparaison du modèle classique. L'invention va maintenant être décrite en référence aux dessins annexés. 25 La figure 1 est une vue en coupe d'un élément solaire. La figure 2 est une vue en coupe, d'une forme d'exécution d'un transducteur photo-électrique selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe d'une autre forme d'exécution d'un transducteur photo-électrique. , 30 Tout d'abord, on"décrira un élément solaire à titre d'exemple de transducteur photo-électrique. Pour se référer à la figure 1, du silicium est utilisé en tant oue semi-conducteur matriciel; les numéros de référence 1 et 2 désignent du silicium de type . p et n respectivement, 3 une jonction p-n, 4 et 5 des électrodes 35 supérieure et inférieure. Un faisceau lumineux est orienté de manière à irradier l'élément par son côté supérieur. Lorsque des photons dont les énergies ne sont pas inférieures à celles de la bande interdite du semi-conducteur sont rayonnés, des électrons 71 14351 2086311 dans la bande -de valence peuvent être excités vers la bande de conduction et une force électromotrice est engendrée. Le rendement est défini comme le rapport de l'énergie de sortie à l'énergie d'entrée, et- il est ordinairement compris en-^ tre 20 et 30fo. Dans le cadre du présent mémoire, l'expression "barrière redresseuse" s'applique à une jonction p-n, une jonction métal-semiconducteur, etc. D'autre part, l'expression "impureté formant un bas niveau" définit une impureté qui forme un bas niveau d'éner-10 gie dans la bande interdite et pour laquelle il existe une plus grande probabilité d'une recombinaison que du piégeage de porteurs libres, notamment le fer, le cuivre, l'or, le manganèse et le nickel« Un mode de réalisation de l'invention va maintenant être 15 décrit. Sur la figure 2, on peut observer une jonction métal- semiconducteur mettant.en oeuvre du silicium de type p. Le numéro de référence 6 désigne du silicium de type p, 7 une électrode mé- • tallique en niobium, 8 une jonction métal-semiconducteur, 9 une région fortement dopée avec une impureté formant un bas niveau, 20 10 une éLectrode en métal. L'élément représenté sur la figure 2 peut être fabriqué de la manière suivante. Tout d'abord, une pastille d'un monocristal de silicium de type p est oxydée dans une atmosphère oxydante pour former une pellicule d'oxyde de silicium à sa surface. Puis la pellicule d'oxyde de silicium est éliminée d'un 25 côté par une technique de corrosion ou gravure et une impureté formant un bas niveau, en l'occurrence du cuivre, est déposée par évaporation sur la surface mise à nu. La pastille'est ensuite chauffée dans une atmosphère inerte afin de diffuser l'impureté. Les impuretés de cuivre diffusent à travers le corps de silicium et 30 elles sont, pour la majeure partie, piégées au voisinage de l'interface oxyde de silicium-silicium opposée, pour former la région 9 de la figuré 2. Puis la pellicule d'oxyde de silicium est éliminée et du niobium est pulvérisé en couche mince, à titre d'électrode du côté qui reçoit la lumière, tandis que de l'or ou du gallium 35 est allié en tant qu'électrode du côté opposé. Les,échantillons ainsi préparés, mais dans des conditions différentes de diffusion, développaient les tensions à vide suivantes sous illumination constante à une longueur d'onde de 1000 mu. 71 14351 3 TABLEAU 1 2086311 N° de 1'échantillon Diffusion de cuivre •Tension .à vide 5 1 pas de diffusion 0,30 mV 2 800°C 60 mn 0,95 mY 3 1000°C 10 mn 2,6 mY 10 4 1000°C 30 mn 2,6 mY 5 1000°C 180 mn 6,5 mY- Comme il ressort manifestement de ce tableau, la diffusion 15 du cuivre élève le rendement de transformation photo-électrique. Un autre mode de réalisation, utilisant une jonction p-n, va maintenant être décrit. La figure 3 représente un élément qui comporte une jonction p-n constituée par du silicium llde type p, du silicium 12 de type n, une jonction p-n 13 formée entre ceux-ci, 20 une région 14 fortement dopée avec une impureté formant un bas niveau, une électrode supérieure 15 et une électrode inférieure 16. Les éléments d'une telle structure peuvent être produits par des techniques classiques de diffusion. Les caractéristiques photo-voltaïques dans des conditions d'illumination à intensité constante 25 à une longueur d'onde de 1000 m)a sont telles qu'indiquées dans le Tableau 2. TABLEAU 2 30 N° de 1'échantillon Diffusion de cuivre Tension à vide 35 1 pas de diffusion 4,0 mY 2 800°C 60 mn . 11 mV ! 3 1000°C . 10 mn 35 mVr 4 1000°c 30 mn 34 " mY 5 1000°c 180 mn 120 mY 71 14351 4 2086311 Dans ce'cas également, la diffusion de cuivre élève le rendement de transformation photo-électrique. Dans les formes d'exécution précédentes, le silicium était utilisé à titre de semi-conducteur, mais il peut être remplacé 5 par l'une quelconque des substances GaAs,. CdTe, Ge, InP, AlSb, GaP, CdS, été» Comme il ressort de la description précédente, un transducteur photo-électrique selon l'invention a un rendement plus élevé qu'un transducteur classique et, en conséquence, fournit un courant 10 plus fort pour une. plus petite surface. Il est donc possible de réaliser des éléments plus petits et plus légers. 71 14351 5 - REVENDICATIONS - 2086311 1.- Elément transducteur photo-électrique constitué par un corps semiconducteur qui contient une barrière redresseuse, et par des électrodes formées sur le corps semiconducteur de part et d'autre de cette barrière redresseuse, pour transformer une 5 grandeur optique en une grandeur électrique en projetant un faisceau lumineux dans une région qui contient ladite barrière, caractérisé en ce que le corps semiconducteur est fortement dopé avec une impureté formant un bas niveau au voisinage de la barrière redresseuse. . 10 20- Elément transducteur photo-électrique selon la re vendication 1, caractérisé par le fait que la barrière redresseuse est constituée par une jonction p-n, et que l'impureté formant un bas niveau est choisie dans le groupe constitué par le cuivre, l'or,* le fer, le nickel et le manganèse. 15 3-- Elément transducteur photo-électrique selon la re vendication 1, caractérisé par le fait que la barrière redresseuse est constituée par une jonction métal-semiconducteur, et que l'impureté formant un bas niveau est choisie dans le groupe constitué par le cuivre, l'or, le fer, le nickel et le manganèse.