Brevet FR2302593A1 — publié le 19760924

La présente invention concerne d'une façon générale le domaine de la conversion d'énergie et en particulier celui des cellules photovolt#ques permettant de convertir de énergie rayonnante en énergie électrique, en visant un rendement notablement supérieur à celui qui était accessible antérieurement. On contact déjà des cellules permettant de convertir de lténer- gie rayonnante (par exemple celle de la lumière du soleil) en énergie électrique, mais d 'unrendement limité. La plupart des cellules connues de la sorte ne peuvent en effet convertir énergie des photons incidents en énergie électrique que suivant un rendement de quelques unités pour cent. On connatt sans doute des cellules permettant d'effectuer une telle conversion à rendement plus élevé, ctest-à-dire jusqu'à environ 20%, mais ces cellules sont relativement conteuses compte tenu du rendement qu'elles procurent et ont en conséquence leur emploi limité aux satellites spatiaux et aux - applications militaires. Il existe aujourd'hui un grand besoin d'une cellule de conversion d'énergie optique d'un rendement nettement accru. Une telle cellule pourrait avantageusement être utilisée pour convertir énergie de la lumière solaire en courant électrique; la demande de sources d'énergie telles que combustibles fossiles qui sont en quantités limitées et deviennent de plus en plus onéreux, centrales nucléaires qui sont de construction extrêmement conteuse et posent des problèmes de sécurité et d'environnement, etc..., pourrait s'en trouver allégée.Mais le rendement et le prix de revient des photopiles actuellement disponibles n'ont pas été suffisamment amélio rés pour rendre pratique la conversion de énergie solaire, sauf dans les applications limitées mentionnées ci-dessus. Un des problèmes que pose l'accroissement durendement de conversion des cellules 'solaires est la difficulté de disposer de moyens de convertir en courant électrique avec un bon rendement 1'énergie des photons de la lumière solaire tombant sur une aire donnée. Ceci est du b ce que les photons incidents provenant de la lumière solaire couvrent un spectre ou bande d'énergie relativement large en longueurs d'onde ou fréquences. Une cellule solaire unique, sensible à une gamme limitée de longueurs d'onde solaires ou énergies de photons, est capable de convertir les photons de cette gamme en énergie électrique suivant un rendement relativement élevé.Mais les photons solaires dont les énergies dépassent celles de ladite gamme ne sont pas convertis efficacement par la cellule, quant aux photons dont les énergies sont inférieu- res à celles de ladite gamme, ils ne sont pas convertis du tout, de sorte que le rendement global de la conversion d'énergie solaire par la cellule est médiocre. On a bien suggéré, par exemple par le brevet américain 2 949 498 du 16 aott 1960 d' "empiler" des cellules de conversion d'énergie solaire, de façon que chacune soit sensible ou "accordée" à une gamme particulière d'énergies de photons, de façon à couvrir la majeure partie du spectre solaire; un tel empilement cependant n'a pu pratiquement donner satisfaction par suite de la difficulté à réaliser des contacts utilisables sur les différentes couches de l'empilement, car celà pose des problèmes très difficiles d'ordre mécanique; mais mdme dans le cas où l'on pourrait disposer de ces contacts, ils n'en empêcheraient pas moins une fraction importante des photons d'accèder aux couches sous-jacentes. (le brevet ameri- cain mentionné ci-dessus passe sous silence la description de contacts utilisables ou autres moyens d'intrconnexion). Il nsa pas été possible d'empiler des cellules directement en un arrangement efficace, ne présentant de contacts que sur les surfaces extérieures des cellules extrêmes de l'empilement, car les cellules solaires comportent habituellement des jonctions rectifiantes. Dans ces conditions, un empilement d'au moins deux de ces jonctions présente une jonction rectifiante intermédiaire qui fait obstacle au flux de courant et rend la cellule très peu efficace, voire même inutilisable.On a suggéré que lesdites jonctions rectifiantes soient reliées entre elles par des courts-circuits au moyen d'éléments induisant une recombinaison des porteurs diffusés, des défauts mécaniques, des jonctions tunnel, des couches à paramètres de réseaux cristallins non adaptés, mais de tels moyens n'ont pas jusqu'ici été réalisés sur des matériaux des groupes III V (de la classification périodique des éléments) et n'ont pas non plus été réalisés en fait sur d'autres matériaux. En conséquence, la présente invention a pour buts - de proposer une cellule photovoltafque ou à conversion d'énergie rayonnante qui soit d'unrendement global fortement accru - de proposer une cellule photovoltaique pratique qui puisse convertir toute une gamme de longueurs d'ondes ou énergies de photons; - de proposer une cellule à conversion d'énergie dans laquelle des sections élémentaires à conversions étagées puissent hêtre empilées efficacement, économiquement, pratiquement et de façon nouvelle. D'autres buts et avantages de la présente invention ressortiront de la lecture de la description qui suit et de l'examen des dessins schématiques annexés correspondants dans lesquels : - la figure 1A est une vue d'une cellule solaire à deux jonctions actives, répondant aux données de l'invention - la figure 1B, à considérer en ligne avec la figure 1A, est un graphe des bandes d'énergie de la cellule de la figure lA - la figure 1C est un dessin de la métallisation du contact supérieur de la cellule de la figure 1A - la figure 1D est un graphe donnant la correspondance entre paramètres de réseaux et largeurs de bande interdite, pour les régions semi-conductrices de la cellule de la figure 1A - la figure 2A est une vue en coupe des seules parties semiconductrices d'une cellule solaire à trois jonctions actives, répondant aux données de l'invention - la figure 23 est un graphe donnant la correspondance entre paramètres de réseaux et largeurs de bande interdite, pour la cellule de la figure 2A - la figure 3 est un relevé par points du rendement énergétique calculé en fonction du nombre de jonctions actives de cellules solaires suivant ltinvention i - la figure 4A est une vue en coupe d'une cellule à trois jonctions actives utilisant le phénomène d'effet tunnel pour assurer l'interconnexion des jonctions actives - la figure 4B, à considérer en ligne avec la figure 4A, est un graphe des bandes d'énergie de la cellule de la figure 4A. Avant d'aborder la description de la cellule solaire représentée en coupe à la figure lA, il convient de noter que tout en essayant de donner une idée de l'échelle choisie pour les dessins, il est impossible delnrespecter complètement en raison des grandes différences de valeurs entre les différentes dimensions des couches successives du dispositif tout entier. C'est ainsi par exemple que si le dispositif est indiqué plus haut que large, il faut voir que l'on nta représenté dans le dispositif tout entier qu'une petite partie en largeur qui part de sa face de gauche, comme le montre la trace sinueuse de la face de droite du fragment. D'un autre côté, si certaines couches ont été représentées avec traces de leurs tranches en trait vertical continu, c'est pour donner une idée de leurs épaisseurs relatives, alors que les couches dont les traces analogues sont en trait vertical discontinu (couches 16, 12, 10, 24) ont en fait une épaisseur beaucoup plus grande que celle représentée, ne pouvant être indiquée à l'échelle de la figure 1A. L'épaisseur totale du dispositif n'est que légèrement supérieure à environ 200 pm ou 0,2 nm, alors que sa dimension horizontale est de préférence d'environ 2 à 3 cm, c'est-à-dire environ 100 à 150 fois supérieure à son épaisseur. La cellule de la figure 1A qui est actuellement la forme préférée de réalisation de l'invention va être décrite en suivant son procédé de fabrication. On part d'un substrat 10 en InP (phosphure d'indium), fortement dopé au moyen d'un dopant de type n (n+). On fait crotte par épitaxie sur le substrat 10 une couche 12 de InGaAs (arséniure de gallium et d'indium) modérément dopée de type n. On fait crotte par épitaxie sur la couche 12 une couche 14 de InP modérément dopée de type p. On fait crotte par épitaxie sur la couche 14 une couche 16 de GaAs (arséniure de gallium) modérément dopée de type n.On fait crotte enfin par épitaxie sur la couche 16 une couche terminale 18 de Gazas (arséniure d'aluminium et de gallium) modérément dopée de type p. Sur la surface inférieure toute entière du substrat 10, on dépose par évaporation un contact Inférieur 20 en métal (germanium-or ou étain plus nickel). On soude le substrat ainsi revêtu à une embase métallique 24 au moyen d'une couche de soudure 22. Sur la surface de dessus ou extérieure de la couche extrême supérieure 18, on dépose par évaporation un contact supérieur 26 en métal (de préférence en alliage zinc-argent). On réalise une connexion extérieure 28 sur le contact supérieur 26 au moyen par exemple d'une liaison par thermocompression. On dépose sur la couche de tête 18 un revêtement antiréfléchissant 30, par exemple en nitrure, en oxyde ou en dioxyde de silicium. On peut se servir d'un concentrateur de lumière 32 pour focaliser la lumière 38 du soleil, en la ramenant d'une surface beaucoup plus grande que la surface supérieure de la cellule à cette surface supérieure elle-même. Le concentrateur 32 peut être une lentille biconvexe (comme l'indique la figure 1A) mais peut aussi bien être un miroir, une lentille de Fresnel, etc... Suivant l'invention et comme on l'expliquera plus loin, le paramètre de réseau (c'est-à-dire la dimension en angströms d'un module se répétant par symétrie dans le réseau cristallin) et la largeur de bande interdite (c'est-à-dire la distance comptée en électrons-volts entre le haut de la bande de valence et le bas de la bande de conduction) de chaque couche semi-conductrice de la cellule de la figure lA ont à jouer des rôles importants. C'est pourquoi ces paramètres sont repris à la figure 1D qui est un graphe des correspondances entre paramètre de réseau et largeur de bande interdite pour les couches semi-conductrices de la cellule de la figure 1A. La courbe enveloppe des matériaux entrant dans le système quaternaire inOaAsPest également représentée à la figure 1D à titre de référence. La couche 10 de substrat InP en particulier a une largeur de bande interdite d'environ 1,35 eV et un paramètre de réseau d'environ 5,85 X La première couche épitaziale 12 qui est en InGaAs a une lari geur de bande interdite plus faible (d'environ 0,8 eV), mais sensiblement le même paramètre de réseau que la couche 10. Donc les couches 10, 12 sont adaptées au point de vue des paramètres de réseau. La couche 12 a une jonction p-n 34 non loin de sa surface supérieure. En allant vers le haut de la figure 1A, la seconde couche épitaxiale 14 qui est en InP et sert de couche de transition et de passivation, a un paramètre de réseau qui est le même que celui de la couche 12, mais une largeur de bande interdite se relevant à environ 1,35 eV, donc de même valeur que celle du substrat 10. Les valeurs des paramètres de réseaux des couches 12, 14 donnent entre celles-ci une jonction à paramètres de réseaux adaptés. Passant à la troisième couche épitaxiale 16 qui est en GaAs, le paramètre de réseau s'abaisse à environ 5,65 X, mais la largeur de bande interdite reste sensiblement la même, ne s'accroissant que légèrement jusqu'à environ 1 ,42 eV. On réalise ainsi suivant liinvention une jonction à paramètres de réseaux non-adaptés ou jonction inactive. Du fait de cette non-adaptation des paramètres de réseaux entre les deux couches monocristallines 14, 16, on forme entre ces couches de part et d'autre de la jonction une région de dislocations (indiquée par des x à la figure 1B). Comme on le verra plus loin, ces dislocations font que cette jonction se comporte en jonction de connexion suivant l'invention. La couche 16 renferme une jonction p-n 36 non loin de sa surface supérieure. Passant à la couche épitaxiale extrême supérieure 18 qui est en Galbas, on voit que son paramètre de réseau est adanté à celui de la couche 16, en formant par conséquent avec celle-ci une seconde jonction active. La largeur de barde interdite de la couche 18 est d'environ 2,2 eV. Suivant l'invention et comme on le verra plus loin avec plus de détails les jonctions actives donnent des régions de conversion d'énergie alors que les jonctions de connexion assurent des liaisons ohmiques entre régions de conversion d'énergie. La figure 113 est un graphe des bandes d'énergie des couches semi-conductrices de la cellule de la figure 1A, se référant au niveau de Fermi. Le diagramme de la figure 1B est "en ligne" avec la coupe de la figure 1A, en sorte que la bande d'énergie de n'im- porte quelle couche de la cellule de la figure 1A neut être lue en se dénlaçant vers la gauche au long des lignes horizontales en trait interromou. On se propose de donner maintenant quelques détails sunplé- mentaires sur la cellule de la figure 1A. Le substrat 10 d'InP est de préférence dopé n au moyen l'étain, de tellure ou de sélonium, à une concentration d'environ 1018 atomes de dopant par centimètre cube (ad/cm3). Ce substrat a de préférence une épaisseur d'environ 200 pm et peut être fait de n'importe quelle taille convenable par exemple en un rectangle d'environ 2 cm x 3 cm.La première couche épitaxiale 12 de InGaAs a de préférence une largeur de bande int#-rdite d'environ 0,8 eV, une épaisseur d'environ 5 pm, et est dopée n de façon analogue, à une concentration d'environ 2 x 1017 ad/cm . Sa composition chimique est anproximativement In0,44Ga0,56As. La couche énitaxiale suivante 14 de InP est de préférence dopée p au moyen de zinc ou de magnésium à une concentration d'environ 4 x 1017 ad/cm et a une épaisseur d'environ 2 m. La couche épitaxiale suivante 16 de GaAs a une épaisseur d'environ 9 m et est de préférence formée de deux étages :le premier de 2 m, obtenu nar croissance épitaxiale en phase vapeur, est dopé n au moyen d'étain, tellure ou soufre, à une concentration d'environ 1019 ad/cm3 ; le second de 7 pm, obtenu par croissance épitaxiale en nase liquide,est également dopé n, au moyen d'étain, tellure ou soufre, à une concentration d'environ 5 x 1017 ad/cm3. La couche épitaxiale extrême supérieure 18 de GaAlAs est donée p, de préférence au moyen de zinc ou de magnésium, à une concentration d'environ 2 x 1018 ad/cm et a une épaisseur d'environ 1 m. Sa composition chimique aproximative est Ga0,25Al0,75As. Le contact inférieur 20 est de préférence formé par évapora tion et alliage à environ 400il pendant environ 15 secondes. Le contact supérieur 26 a de préférence une épaisseur d'environ 5000 A et la métallisation suivant configuration de la figure 1C ne doit pas représenter plus que quelques unités pour cent de la surface supérieure tout entière du dispositif, car cette métallisation fait obstacle aux photons solaires. Le revêtement antiréfléchissant 30 est de préférence formé par désagrégation d'électrode ou par dépôt résultant d'une réaction chimique en phase vapeur, de façons en elles-mêmes bien connues, jusqu'à une épaisseur représentant environ le 1/4 de la longueur d'onde de la radiation incidente prédominante. Un tel revêtement a pour effet de faire décrotte la réflexion de surface entre l'air et le matériau semi-conducteur sous-jacent de manière à permettre à une fraction accrue de photons incidents de pénétrer dans le dispositif. D'autres couches additionnelles analogues à 30 (non représentées) donnent une réduction supplémentaire de pouvoir réfléchissant. Au cours de la croissance épitaxiale de la couche 14 sur la couche 12 et au cours de la croissance des couches suivantes, une certaine partie du dopant de type p de la couche 14, diffuse dans la couche 12, en raison des températures élevées utilisées pour ces croissances. Donc la jonction à conductivités opposées entre couches 12 et 14 va se placer à un niveau 34, au sein de la couche 12, un peu au-dessous de son interface avec la couche 14. De façon analogue quand on fait crotte la couche 18 sur la couche 16, la jonction à conductivités opposées 36 va se placer au sein de la couche 16, un peu au-dessous de son interface avec la couche 18. Les éléments utilisés dans les différentes couches de la cellule de la figure 1A appartiennent aux colonnes III, V de la classification périodique et sont d'utilisation préférée par l'invention. Mais, on peut aussi suivant l'invention utiliser d'autres éléments semi-conducteurs. C'est ainsi par exemple que l'on pourrait utiliser des éléments des colonnes Il, VI comme dans CdS et CdTe, ou encore des associations I - III - VI comme dans CuInS ou des variantes dans lesquelles par exemple S serait remplacé par Se ou In par Ga, ou encore des associations il - IV -.V comme dans ZnSnP. On peut aussi utiliser d'autres associations III - V queciles préférées indiquées ci-dessus. Comme l'indique la figure 1A, le substrat 10 peut aussi être formé de GaAs (arséniure de gallium) qui en se rapprochant de la surface supérieure de ce substrat, devient progressivement InGaAs, nour permettre une adaptation des paramètres de réseaux avec la couche 12. La couche 14 ainsi que la couche extrême supérieure 18 peuvent de leur côté être formées de InxGa1 xP (nhosphure de gallium et d'indium) pourvu que les deux composi tions aient des proportions différentes de constituants. Si la couche 14 est ainsi formée, elle a la même largeur de bande interdite que la couche 18, en sorte que le segment de droite reliant à la figure 1D le point 14 au point 16 est horizontal au lieu d'être incliné. D'autres détails sur les matériaux III - V indiqués ci-dessus, les relations entre leurs paramètres de réseaux et leurs largeurs de bandes interdites, les proportions des constituants des alliages, les procédés de préparation et de croissance, neuvent être trouvés dans les documents suivants 1. "III-V Quaternary Alloys" par Antypas, Moon, Edgecumbe, Bell et James, pages 48-54 de "Gallium Arsenide and Related Compounds", "Proceedings of Fourth International Symposium", Boulder, Colorado, Septembre 1972, publié par "the Institute of Physics", Londres et Bristol, 1973. 2. "Bandgap and Lattice Constant of GaInAsP as a Function of Alloy Composition", par Moon, Antypas et James, pages 636-644 de "Journal of Electronic Materials" (1974) et références qui y sont citées. De façon en elle-mêmercomlues lorsque de l'énergie so- laire ou rayonnante d'autre sorte, tombe d'une source 38 à la surface d'une jonction semi-conductrice dont les couches limitrophes sont de paramètres de réseaux adaptés mais de types de conductivités différents, par exemple la jonction 36 voisine de l'interface entre couches 16, 18, des porteurs minoritaires (électrons et trous) sont créés dans les bandes de valence et de conduction dans les régions des corps se; conducteurs bordant la jonction 36. il en résulte d'un bord à l'autre de la jonction à conductivités onlrosdessltanparition d'une différence de potentiel qui est pro portion.elle et légèrement inférieure à la largeur de bande interdite, comptée en électrons-volts, de la couche dans laquelle se trouve la jonction p-n. Donc en réponse à une arrivée de photons provenant de la source 38, se trouve créée d'un bord à l'autre de la jonction 36 une différence de potentiel qui peut donner naissance à un courant de sortie utilisable, fonction de la quantité d'énergie tombant sur ces couches. On peut avantageusement utiliser un concentrateur de lumière 32 pour augMenter la quantité d'énergie solaire touant sur ces couches. Ceux des photons dont les énergies sont nlus faibles que celles des largeurs de bandes interdites des couches 16, 18 ne sont pas absorbés ou convertis et, au lieu de cela, traversent ces couches ainsi que la couche 14, jusqu'a la couche 12. Comme la couche 12 a une largeur de bande interdite plus faible que celle des couches 16, 18, les photons incidents qui ont traversé les couches 16, 18, sont largement absorbés par la couche 12 pour être convertis en énergie électrique, créant ainsi une différence de potentiel d'un bord à l'autre de la jonction 34 à conductivités opposées.Cette différence de potentiel est de mOrne polarité que celle crééeentre les couches 16, 18 et a une valeur légère- ment inférieure à celle de la largeur de bande interdite de la couche 12. La région de conversion d'énergie formée par la jonction 36 entre couches 16, 18 peut donc être considéréé comme "accordée" à une bande supérieure d'énergie des photons et la région analogue formée par la jonction 34 entre couches 12, 14 comme "accor déen à une bande inférieure énergie des photons. La jonction entre couches 14, 16 qui semblerait polarisée en inverse par la différence de potentiel entre ses bords agit en fait pratiquement comme court-circuit reliant entre elles en série les régions à conversion d'énergie 12, 14 et 16, 18. La raison en est que, comme l'indique la figure 1B, cette jonction entre couches 14, 16 renferme de nombreux défauts cristallographiques causés par le rapide gradient entre les paramètres différents de réseaux des couches 14, 16. Ces défauts agissent en sites de recombinaison de porteurs (électrons et trous), ce qui a pour effet d'amener la jonction 14, 16 à se comporter comme une liaison de résistance ohmique très faible, ctest-à-dire pratiquement comme un court-circuit vis-à-vis du courant créé dans les jonctions actives par l'action des photons. En conséquence, en créant intentionnellement suivant l'invention, entre des jonctions à paramètres de réseaux adaptes, une jonction à conductivités opposées, mais à parcmètres de réseaux non-adaptés, on forme une jonction de connexion, c'est-à-dire reliant efficacement entre elles en série les jonctions actives, de façon à convertir efficacement plusieurs bandes d'énergies de photons, sans avoir à utiliser des contacts ohmiques incommodes ou autres artifices qui seraient d'un beaucoup moins bon rendement ici qu'une jonction à paramètres de réseaux non adaptés. On arrive ainsi à ce que les photons solaires tombant sur n'impur te quelle surface donnée puissent être convertis en courant électriaue utilisable avec un rendement de beaucoup supérieur à celui de l'art antérieur, La couche 18 fournit un paramètre de réseau adapté au-dessus de la couche 16 pour passiver la surface de celle-ci et la couche 14 assume un rôle analogue vis-à-vis de la couche 12. La couche -i4 intervient aussi en créant une non-adaptation de paramètres de réseaux vis-à-vis de la couche i6, comme déjà indiqué. La cellule à deux jonctions actives de la figure 1A délivre en sortie dans des conditions optimales d'éclairement de la terre par le soleil (masse volumique de l'air prise égale à 1g/dm3) une tension d'environ 1,56 volts et une puissance d'environ 254 watts 2 par m Les principes utilisés dans la cellule à deux jonctions actives de la figure lA peuvent être développés, en réalisant des empilements d'un plus grand nombre de couches, pour avoir un plus grand nombre de jonctions actives, chacune "accordée" à une bande particulière d'énergies de photons, de manière à convertir les photons avec un rendement encore accru.Bien entendu, les jonctions actives successives doivent être reliées entre elles par des jonctions à non-adaptation des paramètres de réseaux, en sorte que le nombre total de jonctions dans une cellule quelconque est impair, le nombre de jonctions actives dépassant d'une unité celui des jonctions à non-adaptation des paramètres de réseaux ou jonctions inactives. La figure 2A représente une cellule solaire ayant trois jonctions actives et deux jonctions inactives pour relier entre elles en série les trois jonctions actives. La figure 2B est corrélativement un graphe donnant la correspondance entre les largeurs de bandes interdites et les paramètres de réseaux, pour la cellule de la figure 2A, les numéros repères utilisés corres pondait à ceux des différentes couches de la cellule de la figure 2A. La cellule de la figure 2A utilise (échelle vraie non respec tte) un substrat 100 de GaAs fortement dopé n (n+). Sur la couche 100 on a fait crotte par épitaxie une couche 120 de GaInAs dopé n. Etant donné, comme l'indique la figure 2B, que le paramètre de réseau de la couche 120 diffère notablement de celui de la couche 100, il faut disposer dans la couche 120 d'une région de transition (non représentée), pour faciliter le passage progressif à la couche 120 et éviter ainsi une concentration de dislocations.Il faut donc que la première partie de la couche 120 soit formée par dépôt épitaxial de GaAs, en ajoutant ensuite progressivement In, de façon que la couche finale de GaInAs ait le paramètre de réseau et la largeur de bande interdite indiqués par la figure 2B. Après quoi on fait croftre sur la couche 120 une couche 140 de transition et de passivation en GaInAsP. La couche 140 a un paramètre de réseau adapté à celui de la couche 120 et une largeur de bande interdite notablement plus grande que celle de cette couche, comme le montre la figure 2B. La couche 140 est dopée p et la jonction p-n se place en fait quelque part dans la partie haute de la couche 120, comme indiqué précédemment. On fait crotte ensuite par épitaxie sur la couche 140 une couche 160 en GaInAsP dopé n. Comme indiqué, la couche 160 a un paramètre de réseau notablement plus faible que celui de la couche 140, mais la même largeur de bande interdite que cette couche. La jonction entre couches 140, 160 est donc une jonction de connexion qui se comporte suivant l'invention comme un courtcircuit. Puis on fait crotte par épitaxie sur la couche 160 une couche 180 en GaInAsP dopé p. La couche 180 a un paramètre de réseau adapté à celui de la couche 160, mais une largeur de bande interdite notablement plus élevée que celle de cette couche. La jonction p-n broche de l'interface entre couches 160, 180 se place quelque part dans la partie haute de la couche 160. On fait croftre ensuite par épitaxie sur la couche 180 une couche 200 en GaInAsP dopé n. La couche 200 a un paramètre de réseau non-adapté à celui de la couche 180, pour former ainsi une autre jonction de connexion. La couche 200 a la même largeur de bande interdite que la couche 180. Finalement, on fait crotte nar épitaxie sur la couche 200 une couche 210 en GalnP dopé p, la couche 210 ayart un paramètre de réseau adapté à celui de la couche 200, mais une largeur de bande interdite différente. Le dispositif à trois jonctions actives de la figure A fonctionne de la même façon que celui de la figure 1A, à part le fait qu'il donne un rendement global de conversion des électrons incidents supérieur au nrcédent, du fait qu'il comporte davantage de jonctions actives, chacune accordée à une bande d'énergie plus étroite. La tension de sortie du dispositif de la figure 2A est supérieure à celle donnée par le dispositif de la figure lA, en raison du nombre plus grand de jonctions actives en série, Les proportions atomiques d'éléments III - V à utiliser dans les différentes couches peuvent être tirées des tableaux de la figure 2B et de la figure 1 de l'article déjà cité de Moon, Antypas et James, dans "Journal of Electronic Materials".Les contacts, embase et revêtement inti-réfléchissant (non repr- sentés) sont à réaliser comme à la figure 1A. Quand on fait croftre le nombre des jonctions actives du dispositif, il en est de même du rendement de conversion des photons solaires incidents en courant électrique de sortie. Mais bien entendu cette extension du nombre des jonctions a une limite pratique due au fait que le rendement de chaque jonction dépend de la tension en circuit ouvert de cette jonction qui est grosso modo proportionnelle au logarithme du courant que la jonction produit. Quand donc on fait croftre le nombre de jonctions, chacune d'elles produit un courant décroissant. Si l'on additionne les puissances produites par les différentes jonctions actives et qu'on divise la somme par la puissance incidente maximale possible du rayonnement solaire, on obtient une indication du rendement.On a établi un programme d'ordinateur pour calculer le rendement maximal de conversion dans des conditions optimales d'éclairement de la terre par le soleil (masse volumique de l'air prise égale à 1g/dm3 pour différents nombres de jonctions actives d'une cellule solaire utilisant des éléments III - V (In, Ga, As, Ai, P). Les largeurs de bandes interdites des différentes couches sont choisies de façon que les courants de sortie des différentes jonctions actives soient les mêmes pour donner le rendement le meilleur à la connexion en série. Les résultats donnés par ce programme, indiqués à la figure 3, montrent que le rendement atteint rapidement elle valeur asymptotique d'environ 4o# pour environ 6 jonctions. L'accroissement du nombre de jonctions a pour effet non seulement daccroftre le rendement interne, mais aussi de donner une tension de sortie accrue et une densité de courant diminuée à travers le dispositif, car la densité de flux photonique absor- bée dans chaque jonction décrott. En augmentant le nombre de jonctions, on a donc une tension de sortie plus élevée et un courant plus faible. Ce mode est souhaitable, car il réduit les pertes de rendement dues aux effets des résistances de contact et des variations de résistances dues à lZétendue des couches. Sn d'autres termes, il permet de plus hautes valeurs de concentration de l'énergie solaire avant que les effets des resistan- ces de contact et des variations de résistances dues à l'étendue des couches ne deviennent vraiment importants. Le tableau ci-après indique les rendements approximatifs en puissance, les tensions en circuit ouvert et les densités de courant de sortie, pour des cellules de type InGaAsP à nombre variable de jonctions actives. Densité de Nombre de Rendement en Tension en cir- courant de jonctions puissance cuit ouvert sortie 2 (en mA/cm2) 1 16,6 % 1 volt 16,3 2 26 % 1,56 volts 16,3 3 31,6 q6 2,53 volts 12,2 4 36,4 % 3,52 volts 10,3 6 39 ffi 5,45 volts 7,2 Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, on fait appel à des jonctions de connexion utilisant le phénomène d'effet tunnel, pour réaliser des liaisons ohmiques à faible résistance entre les régions à conversion d'énergie formées par les jonctions actives.A la manière bien connue, notamment par le brevet américain 3 033 714 du 8 mai 1962, quand on forme une jonction semi-conductrice relativement étroite entre couches de conductivités opposées ayant de très fortes concentrations de dopants au voisinage de la jonction, il existe une haute barrière de potentiel, mais des porteurs de charges sont capables de traverser cette barrière en sens inverse par "effet tunnel", quand bien même la différence de potentiel appliquée entre les bords de la jonction serait moindre que le potentiel de barrière. On a représenté par le dispositif de la figure 4A un exemple de réalisation de dispositif à effet tunnel suivant l'invention, le graphe des bandes énergie de ce dispositif étant donné par la figure 4B. Le dispositif est constitué par une cellule à quatre jonctions actives et présentant quatre sections 410, 412, 414, 416, chacune constituée de trois couches successives I, Il, III. Dans chacune des sections telles que 416, la couche extrême supérieure I d'entrée de lumière est une couche de transition et de passivation, à largeur de bande interdite relativement grande, dopée pour être de conductivité p et confinant des porteurs minoritaires. La couche intermédiaire Il a une largeur de bande interdite plus faible et elle est dopée pour être également de conductivité p; elle sert à absorber la lumière et à çréer des paires électrons-trous; l'interface entre couches I et Il est indiqué par une ligne en trait interrompu, par exemple 418, puisque ces deux couches ont le même type de conductivité (bien qu'ayant des concentrations de dopant différentes, comme indiqué ci-dessus). La couche extrême inférieure III est dopée pour être de conductivité n et avoir la même largeur de bande interdite que la couche Il. Elle forme avec celle-ci une jonction p-n active, en sorte que les photons incidents donnent naissance à une tension photovoltaïque d'un bord à l'autre de cette jonction, indiquée en trait plein, par exemple en 420. La partie basse 422 de la couche III de la section 4t6 (416-III) est très fortement dopée (1020 à 1021 ad/cm3) en impureté de type n. De façon analogue la partie haute 424 de la couche 41 4-I est très fortement dopée en impureté de type p, de sorte que la jonction 426 formée entre ces deux couches (ou entre les sections adjacentes 414, 416) est capable de laisser passer des porteurs à travers la barrière de potentiel, par suite de l'effet tunnel mentionné ci-dessus. La jonction 426 sert ainsi de jonction de connexion en ntopposant qu'une faible résistance entre les sections 41 4, 416. De façon analogue, des jonctions de connexion semblables de type tunnel sont disposées entre sections 410, 412 d'une part, entre sections 412, 414 d'autre part. Dans chaque section de l'exemple représenté, chaque couche est constituée par GaxAl1-xAs (arséniure d'aluminium et de gallium), à la seule exception des deux couches extrêmes inférieures de l'em- pilement, soit 410-II et 410-III, qui sont formées de GaAs (arsé niure de gallium). La couche 410-III est le substrat de départ et toutes les autres couches sont obtenues en les faisant rostre sur ce substrat par épitaxie, à la façon en elle-même bien connue. On a fait ressortir à la figure 4A que les proportions de gallium et d'aluminium dans les couches Il et III de chaque section (sauf en section 410) sont les mêmes d'une couche à l'autre, ainsi d'ailleurs que dans la couche I de la section immédiatement inférieure. La couche I de la section 416 est seule à avoir sa composition propre, puisque la section 416 est la couche extrême supérieure. Les formules chimiques que fait apparaître la figure 4A ainsi que les inéquations portées au bas de cette figure, montrent qu'en allant de bas en haut de l'empilement, la proportion de gallium est décroissante et celle, complémentaire, d'aluminium, croissante. Pour maximaliser le rendement, il faut que la composition de Gaulas se modifie par degrés calculés à partir du spectre de la lumière solaire, de façon que les différentes jonctions actives émettent le même courant. En d'autres termes, il faut pour que le rendement soit maximal que les intégrales des flux photoniques dans les intervalles d'énergie de photons, compris dans les largeurs de bandes interdites des couches I, If, soient sensiblement identiques d'une jonction à l'autre. Dans cette forme de réalisation à effet tunnel, on peut bien entendu utiliser d'autres systèmes que le système GaAs/GaAlAs décrit et représenté. Par exemple, un système InGaAsP, analogue à celui utilisé dans la forme de réalisation de la figure 1A, donnerait un rendement accru, car il pourrait convertir énergie dans un intervalle plus large de longueurs d'ondes du spectre solaire. On pourrait le faire passer par degrés de InGaP à InGaAs en gardant sensiblement invariable un paramètre de réseau d'environ 5,8 A. Bien que la description qui précède renferme bien des données spécifiques, celles-ci ne sont pas à considérer comme limitant le domaine de l'invention, car elles sont susceptibles de nombreuses modifications et variantes. C'est ainsi par exemple que l'on peut, comme on l'a déjà dit, utiliser suivant l'inven- tion d'autres matériaux semi-conducteurs pour augmenter le rendement de conversion d'énergie par rapport à l'art antérieur. C'est aussi que 1'on peut mettre en oeuvre bien 'd'autres moyens d'empilement, de croissance et de positionnement des couches successives dans chaque cellule. R X V z z D I C A T I O 8 S 1. Cellule photovoltalqueFcaraetdrisée en ce qu'elle comprend - une première couche épitaxiale de matériau semi-conducteur constituée par une première combinaison donnée d'éléments pris dans les colonnes III, V de la classification périodique, une première partie de cette couche, partant de la surface inférieure de celle-ci, étant dopée en impureté par des atomes d'un élément donné à concentration suffisante pour que ladite première partie de couche soit d'un premier type donné de conductivité, et la seconde partie ou partie restante de la même couche, aboutissant à la surface supérieure de celle-ci, étant dopée en impureté par des atomes d'un élment donné à concentration suffisante pour que ladite seconde partie de couche soit d'un second tyse de conductivité, opposé au premier, et qu'une jonction rectifiante p-n soit ainsi formée dans ladite couche, parallèlement aux surfaces supérieure et inférieure de celle-ci, ladite couche ayant une largeur donnée de bande interdite comprise dans l'intervalle de 0,4 à 2,3 électrons-volts et un paramètre donné de réseau compris dans l'intervalle de 5,4 à 6,1 angströms;; - une seconde couche épitaxiale de matériau semi-conducteur, partant de la surface supérieure de ladite première couche épitaxiale et constituée par une seconde combinaison donnée d'éléments pris dans les colonnes III, V de la classification périodique, cette couche étant dopée en impureté par des atomes d'un élément donné à concentration suffisante pour que cette couche soit dudit second type de conductivité, cette couche ayant une largeur donnée de bande interdite comprise dans l'intervalle de 0,4 à 2,3 électrons-volts et sensiblement le même paramètre de réseau que ladite première couche épitaxiale, de manière à former avec celleci une première hétérojonction sans changement de type de conductivité; - une troisième couche épitaxiale de matériau semi-conducte#::r1 partant de la surface supérieure de ladite seconde couche épitaxiale et constituée par une troisième combinaison donnée d'éléments pris dans les colonnes III, V de la classification périodique, une première partie de cette couche partant de la surface inferiqeure de celle-ci étant dopée en impureté par des atomes d'un élfément donné à concentration suffisante pour que ladite première partie de troisième couche soit dudit premier type de conductivite', et la seconde partie ou partie restante de la même couche étant dopée en impureté par des atomes d'un élément donné à concentration suffisante pour que ladite seconde partie de troisième couche soit dudit second type de conductivité et qu'une jonction rectifiante ou p-n soit ainsi formée dans ladite couche, parallèlement aux surfaces supérieure et inférieure de celle-ci, ladite couche ayant une largeur donnée de bande interdite comprise dans l'intervalle de 0,4 à 2,3 électrons-volts et plus grande que la largeur de bande interdite de ladite première couche épitaxiale, de manière à former avec ladite seconde couche énitaxiale une seconde hétérojonction avec changement de tyne de conductivité, qui soit une jonction n-p, la dite troi sième couche épitaxiale ayant les moyens dtassurer pratiaxlement ~un court-circuit vis-à-vis de ladite seconde couche épitaxiale dans le sens de passage facile de courant à travers ladite jonction p-n de ladite première couche épitaxiale et dans le sens oppose à celui de passage facile de courant à travers ladite jonction n-p formée entre la seconde et la troisième couches épitaxiales. 2. Cellule selon la revendication 1, caractérisee en ce que ladite troisième couche épitaxiale a un paramètre de réseau notablement différent de celui de ladite seconde couche épitaxiale, de façon que ladite seconde hétérojonction ait suffisamment de défauts cristallographiques pour réaliser ledit court-circuit avec ladite seconde couche épitaxiale. 3. Cellule selon la revendication t, caractérisée en ce que les surfaces contiguës desdites seconde et troisième couches épitaxiales sont dopées de façon suffisamment forte par des dopants de conductivités opposées pour former une jonction tunnel constituant ledit moyen dtassurer pratiquement un court-circuit entre lesdites troisième et seconde couches épitaxiales. 4. Cellule selon la revendication 1, caracterisée en ce qu'elle comporte en outre une quatrième couche épitaxiale de matériau semi-conducteur, partant de la surface supérieure de ladite troisième couche énitaxiale et constituée par une seconde combinaison donnée d'éléments pris dans les colonnes III, V de la classification périodique, dopée en impureté par des atomes dlun élément donné à concentration suffisante pour que ladite quatrième couche soit dudit second type de conductivité, ayant une largeur donnée de bande interdite comprise dans l'intervalle de 0,4 à 2,3 électrons-volts, ayant pratiquement le même paramètre de réseau que ladite troisième couche énitaxiale, et formcnnt avec celle-ci une troisième hétérojonction sans changement de type de conductivité. 5. Cellule selon la revendication 1, caractrisée en ce que ladite première couche énitaxiale, adjacente au substrat, est en InGaAs, la seconde -n InP et la troisième en GaAs. 6. Cellule selon la r-vendication 4, caractérisée en ce que ladite première couche épitaxiale, adjacente au substrat,est en InGaAs, la seconde en InP, la troisieme en GaAs et la quatrième en GaAlAs. 7 Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un revêtement anti-réfléchissant est disposé par dessus l'une des couches extrêmes de 11 empilement de couches. 8. Cellule selon la reveneication 1, caract(risée en ce qu'elle comporte en outre un concentrateur de lumière pour diriger et concentrer la lumière incidente sur la couche extrême dudit emnilement.