Brevet FR2180507A1 — publié le 19731130

Le présent brevet dtinvention concerne une pile solaire de structure nouvelle qui présente, par rapport aux piles solaires connues de type voisin, l'avantage d'un rendement énergétique plus élevé obtenu en étendant le domaine de longueurs d'onde du spectre émis par le soleil qui contribuent effectivement au rendement de la pile. Une pile solaire selon l'invention entre dans la catégorie des piles solaires connues formées par un corps semi-conducteur en silicium dopé de type p, à la partie supérieure duquel, exposée à la lumière incidente, se trouve une zone dopée de type n, de faible épaisseur. De telles piles sont munies ordinairement d'électrodes métalliques, une première électrode recouvrant la surface inférieure du corps semi-conducteur, dopé de type p, une seconde électrode, en forme de grille collectrice de courant, étant ménagée sur la surface supérieure de la pile, où le corps semi-conducteur est dopé de type n. Par ailleurs, cette surface supérieure est recouverte de diverses couches de matériaux améliorant son rendement énergétique et/ou assurant la protection de la pile pour assurer la fiabilité de sa qualité. On sait, toutefois, que quelles que soient les précautions prises lors de la fabrication de la pile, la zone dopée de type n pré- sente des irrégularités ou autres défauts liés aux états de surface. De la sorte,les porteurs créés au voisinage de la surface de la pile lors de l'impact des photons incidents, trouvent à se recombiner en majeure partie sur les centres superficiels ionisés de cette meme zone. Ils ne participent donc pas à la conversion dténergie que doit assurer la pile. De plus, cet effet s'opère sélectivement selon la longueur tonde des photons incidents, et est particulièrement néfaste pour les com posantes du rayonnement solaire dont la longueur d'onde est inférieure à 5 000 AO, nuisant ainsi au rendement dtune telle pile solaire. Selon la présente invention, l'action néfaste des centres superficiels pour les longueurs d'onde inférieures est annihilée par compensation contrôlée des charges électriques qu'ils portent. Les ions superficiels passent alors à l'état d'atomes neutres, sans influence sur la valeur du rendement énergétique de la pile auquel participent, de ce fait, ces longueurs d'onde inférieures contrairement à ce qui se passe pour les piles solaires connues. Une pile solaire selon l'invention se différencie d'une pile solaire connue du type ci-avant décrit, en ce que, par une structure nouvelle elle est dotée organiquement des moyens permettant d'assurer la compensation contrée des charges électriques portées par les centres superficiels de recombinaison de la zone dopée n du corps semi-conducteur. Une pile solaire selon l'invention est formée par un corps semi-conducteur en silicium dopé de type p, à la partie supérieure duquel, exposée à la lumière incidente, se trouve une zone dopée de type n, de faible épaisseur, la pile étant recouverte à sa partie inférieure par une électrode métallique et à sa partie supérieure par une grille métallique collectrice, ladite pile solaire étant recouverte de diverses couches de matériaux améliorant son rendement énergétique et/ou assurant sa protection contre ltaction dtagents extérieurs et étant caractérisés en ne que entre la couche dopée de type n et la première desdites couches de recouvrement, entre les barreaux de la grille collectrice,sont interposées une. première couche isolante et une seconde couche conductrice, transparente au rayonnement incident, formant elle-m & me pour la pile une troisième électrode isolée de la grille collectrice. Dans une réalisation préférée, ladite première couche isolante est constituée par de ltoxy- de de silicium, formé dans la masse par oxydation du silicium et la- dite seconde couche conductrice est constituée par un film dtoxi- de d'étain, Sn02. Dans un autre mode de réalisation, ladite première couche isolante est obtenue par évaporation dioxyde de silicium. La structure nouvelle obtenue par l'invention sera mieux comprise en se référant à la figure unique annexée. Cette figure représente une tranche longitudinale vue en coupe de la pile solaire selon l'invention. Elle représente, en 1, la zone dopée de type p du corps semi-conducteur en silicium. Cette zone présente, par exemple, une hauteur de 300 microns. Par les procédés connus cette zone est surmontée dtune zone dopée de type n, en 2, d'une hauteur de l'ordre de 0,5 microns. A sa partie supérieure, en 3, sur une hauteur de l'ordre du centième de microns, sont des centres de recombinaison, ionisés par exemple négativement. On a représenté en 4 la section d'un conducteur de la grille collectrice formant électrode pour la zone 2-3 et en 5 la section dtune couche métallique formant électrode pour la zone 1. Ces éléments sont tout à fait analogues et obtenus de la m & me façon que pour une pile solaire au silicium n/p, connue en soiO Selon l'invention la zone superficielle 3 est recouverte d'une couche 6 d'oxyde de silicium, isolante et d'une couche 7 de Sn02, ou de tout autre corps, tel que oxyde d'indium In203 connus pour étre à la fois conducteur électrique et transparent au rayonnement 8 incident sur la pile. On remarquera que par une disposition appropriée des couches 6-7, la couche 7 est isolée par 6 de l'élément 4 de la grille collectrice. Enfin l'ensemble est recouvert d'au moins une couche 9 ordinaire et connue, à propriétés anti-reflets et/ou à usage de protection. Du fait de sa faible épaisseur et compte-tenu également de ce quelle est suffisamment conductrice, la zone 3 peut Qtre assimilée à une sorte dtarmature de condensateur portée à un potentiel né- gatif de par la charge ionique supposée des centres de recombinaison qui la forment. Par ailleurs la couche conductrice 7 et la couche isolante 6 peuvent constituer effectivement, avec la zone 3, un condensateur dont 3 et 7 sont les armatures et 6 le diélectrique. Si l'on porte l'armature 7 à un potentiel négatif, la face 6 du diélectrique en regard de 7 se charge négativement et, par influence, la face opposée du diélectrique 6 se charge positivement. Lt ensemble de cette face et de la zone 3 peut, si le potentiel de l'armature 7 est convenablement choisi, former un ensemble quasi-superficiel de charge résultante nulle. Tout se passe donc, pour la pile solaire selon l'invention, comme si la zone 3 n'intervenait plus dans le rendement de la pile. Pratiquement, aucun débit n1 est constaté entre l'électrode 7 et les autres électrodes 4 et 5 de la pile solaire. Une pile solaire stutilisant groupée avec d'autres pour constituer une batterie de piles, le potentiel auquel est portée l'élec- trode 7 peut s1 obtenir à partir de la tension totale de la batterie, formant générateur solaire. La pile solaire selon l'invention est utilisable dans toutes les applications des piles solaires connues. Son emploi procure un meilleur rendement énergétique. PEVEiNDICATI ONS 1 - Pile solaire formée par un corps semi-conducteur dopé de type p, à la partie supérieure duquel, exposée à la lumière incidente, se trouve une zone dopée de type n, de faible épaisseur, la pile étant recouverte à sa partie inférieure par une électrode métallique et à sa partie supérieure par une grille métallique collectrice, ladite pile solaire étant recouverte de diverses couches de matériaux améliorant son rendement énergétique et/ou assurant sa protection contre l'action d'agents extérieurs, et étant caractérisée en ce que, entre les barreaux de la grille métallique collectrice, sont interposées entre la zone dopée de type n et la première desdites couches de recouvrement une première couche isolante et une seconde couche conductrice, transparentes au rayonnement incident, ladite seconde couche formant elle-m & me pour la pile une troisième électrode isolée de la grille collectrice. 2 - Pile solaire selon 1, dans laquelle le corps semi-conducteur est du silicium. 3 - Pile solaire selon 2, dans laquelle ladite première couche isolante est constituée par de l'oxyde de silicium. 4 - Pile solaire selon 2 ou 3 dans laquelle ladite seconde couche conductrice est constituée par un film d'oxyde d'étain, SnO2. 5 - Pile solaire selon 2 dans laquelle ladite première couche isolante est formée dans la masse par oxydation du silicium. 6 - Pile solaire selon 2 dans laquelle ladite première couche isolante est obtenue par évaporation dioxyde de silicium.