Brevet FR2455362A1 — publié le 19801121

L'invention concerne un procédé de réalisation de cellules solaires, par dépôt de silicium, sur un substrat de carbone. L'invention a trait à la fabrication des dispositifs pho tovoltaiques, plus spécifiquement aux cellules solaires à base de silicium polycristallin. Dans cette industrie, le silicium polycristallin a acquis une position primordiale, de par son faible cotit, malgré des rendements relativement plus faibles que celui du monocristal. De nombreux procédés de dépôt ont été mis au point, ainsi celui décrit dans une précédente demande, intitulée Procédé de fabrication en continu de silicium polycristallin, en bande, sur un support solide, dispositif de mise en oeuvre et silicium ainsi obtenu", déposée au nom de la Demanderesse le 7 Février 1975, sous le N0 75 03 926 et ses certificats d'addition.D'autres procédés sont également développés par les hommes de l'art, tels des procédés de trempage, ou de dépôt en phase vapeur ou par plasma ; mais ces divers procédés de dépôt sur substrat de graphite voient leurs possibilités freinées par la formation d'une couche intermédiaire de carbure de silicium, qui, selon des études récentes menées par la Demanderesse, se comporte comme une diode arrière montée en tête-bêche avec la jonction collectrice, en tout cas comme un élément de limitation du facteur de forme (F.F.) et de la tension de circuit ouvert (Vco) de ladite cellule solaire. L'invention a pour but, d'une part d'améliorer l'ohmicité du contact, d'autre part, par un effet secondaire, de créer une source de diffusion de dopants-, de telle manière que la couche de silicium présente un profil de dopage optimisé. Pour ce faire, et conformément à l'invention,le-pro- cédé est caractérisé en ce que la couche intermédiaire de carbure de silicium est dopée, par des impuretés procurant le mtme type de conductivité que celle de la couche de silicium immédiatement adjacente à ladite couche intermédiaire. De cette manière, la nature du contact entre le substrat de carbone et la couche de silicium est profondément modifiée et améliorée, non seulement dans le sens d'une meilleure ohmicité mais encore des caractéristiques de la cellule (Iph, Vco et F.F.). Selon une première variante de l'invention, le procédé est caractérisé en ce que le substrat de carbone est initialement dopé, au moins dans une zone affleurant la surface sur laquelle doit être déposé le silicium. Selon une deuxième variante de l'invention, le procédé est caractérisé en ce que l'on réalise à partir d'un substrat de carbone la couche intermédiaire de pyrocarbone ou de carbure de silicium, dopée au moyen desdites impuretés, puis en ce que l'on dépose la couche suivante de silicium. Enfin, et ceci d'une manière préférentielle, alors que la couche immédiatement adjacente est de type de conductivité P, les impuretés dopantes sont du bore. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, permettra de mieux comprendre comment 1'invention se réalise. La figure 1 représente une cellule solaire, selon la présente invention. La figure 2 représente les courbes caractéristiques de différentes cellules solaires, afin de mieux apprécier les améliorations apportées par l'invention. Des cellules solaires classiques, telles que décrites par exemple dans le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique et délivré le 19 Février#1963, sous le Ne 3 078 328, comprennent très généralement un substrat de carbone à faible résistance électrique, par exemple des variétés de graphite, sur lequel sont déposées des couches de silicium, par exemple une première couche de type de conductivité P et une seconde- couche de type de conductivité N. Le dépôt du silicium a lieu par trempage du substrat de graphite, dans un bain de silicium fondu. il se forme alors une couche intermédiaire de carbure de silicium entre le substrat et le silicium préjudiciable à un bon fonctionnement de la cellule solaire. En effet, une telle couche intermédiaire se comporte comme une diode montée en opposition ou éventuellement comme une résistance série élevée. Ainsi, pour une utilisation normale de photopiles solaires, en tant que générateur d'énergie, la présence d'une résistance série élevée est évidemment préjudiciable puisqu'elle dégrade le facteur de forme (F.F.) et la présence d'une diode montée en opposition est encore plus néfaste, puisqu'elle dégrade également le photocourant (Iph) et la tension en circuit ouvert (Vco). Conformément à la présente invention, telle que décrite en référence à la figure 1, sur un substrat de carbone 1, on trouve une couche intermédiaire 2 de carbure de silicium, cette couche étant dopée par des impuretés procurant le même type de conductivité que la couche de silicium immédiatement adjacente 3 à ladite couche intermédiaire. Une couche de silicium 4, de type de conductivité opposé, permet de réaliser la jonction nécessaire à la collecte des porteurs de charges créés par l'absorption des photons. Enfin, suivant une géométrie bien déterminée, un motif 5 métallique permet la prise de contact sur la face supérieure exposée au rayonnement solaire. Eventuellement, une couche antireflet peut être ajoutée pour diminuer les pertes par réflexion. Lorsque la couche immédiatement adjacente 3 est de type de conductivité P, les impuretés dopantes sont des impuretés acceptatrices d'électrons, telles le bore. La description suivante est donnée avec pour dopant, le bore, et l'homme de l'art effectuera les adaptations nécessaires pour comprendre dans le cadre de la présente invention, tous les autres types d'impuretés. Ainsi, le dopage de la couche intermédiaire peut s'effectuer de plusieurs manières Selon une première variante, on utilise un substrat de carbone, qui peut titre un graphite naturel laminé - par exemple, un substrat vendu sous la dénomination commerciale de Papyex par la Société le Carbonne-Lorraine -, éventuellement chargé avec du coke, ou bien un tissu carbonisé ou constitué de fibres de carbone, que l'on charge en volume ou au moins en une zone affleurant la surface sur laquelle doit être déposé le silicium, avec du carbure de bore CB4. Ce substrat peut être revêtu d'une variété à base de carbone, telle que du pyrocarbone ou du carbure de silicium fondu pour assurer une meilleure compatibilité avec le silicium. On dépose alor#s, sur ce substrat, du silicium selon le procédé de léchage décrit dans le brevet sus-cité, ou toute autre méthode appropriée. Selon une seconde variante de l'invention, le substrat de carbone en lui-même n'est pas chargé en bore, et lors de la réalisation du revbtement de pyrocarbone ou de carbure de silicium, par dépôt à partir d'une phase vapeur, on introduit des composés organiques de bore, tels que des composés méthylés B2.(CH3)6 des composés hydrogénés B2.H6 ou chlorés. Après réalisation de la structure de la cellule solaire, il convient d'optimiser le profil de dopage des couches semiconductrices de silicium, par un traitement thermique approprié, afin d'obtenir une succession des types de conductivité sous la forme0p+/p/n+. Et ceci peut s'obtenir par un traitement thermique à 900 C, pendant 30 minutes, par diffusion des impuretés acceptatrices d'électrons (bore), de la couche de carbure de silicium vers la couche de silicium immédiatement adjacente, le substrat se comportant alors comme un réservoir d'impuretés ce qui est un avantage secondaire non négligeable de l'invention. En outre, ce traitement thermique de diffusion sur la face arrière de la cellule solaire peut s'effectuer simultanément avec une diffusion d'impuretés de type opposé sur la face avant. Les améliorations procurées par la mise en oeuvre de l'invention seront décrites en se référant plus particulièrement à la figure 2, qui représente les courbes dites caractéristiques I = f (V), pour les photopiles soumises à un certain flux lumineux. La courbe référencée @ représente la caractéristique d'une cellule polycristalline classique (i.e non dopée), la courbe @ représente la caractéristique d'une cellule monocristalline, et la courbe Qc celle d'une cellule polycristalline selon la présente invention.Il peut être intéressant de préciser pour chaque type le facteur de forme (en anglais filling factor ou F.F.), qui est de o,8o pour la cellule monocristalline, de 0,50 à o,6o pour la cellule polycristalline classique et supérieur à 0,70 pour la cellule solaire selon la présente invention. De la meme manière, le photocourant (Iph) et la tension en circuit ouvert (Vco) sont améliorés, par la mise en oeuvre de l'invention, ainsi qutil résulte de ces courbes. Il est bien évident pour l'homme de l'art que toute variante non essentiellement différente est comprise# dans le cadre de la présente invention. Ainsi, il en est pour les impuretés, qui peuvent être également de l'Aluminium, mais aussi d'un autre type, par exemple des impuretés donatrices d'électrons dans le but de réaliser des successions de la forme n+/n/p+. Dans tous ces cas, la concentration et la vitesse de diffusion varie avec les impuretés, mais l'homme de l'art pourra se reporter aux tables adéquates, sans pour cela faire oeuvre d'esprit. REVENDICATIONS t. Procédé de réalisation de cellules solaires, par dépôt de silicium, sur un substrat de carbone, caractérisé en ce que la couche intermédiaire de carbure de silicium est dopée, par des impuretés procurant le même type de conductivité que celle de la couche de silicium immédiatement adjacente à ladite couche intermédiaire. 2. Procédé de réalisation de cellules solaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat de carbone est initialement dopé, au moins dans une zone affleurant la surface sur laquelle doit ttre déposé le silicium. 3. Procédé de réalisation de cellules solaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise à partir d'un substrat de carbone une couche intermédiaire de pyrocarbone ou de carbure de silicium, dopée au moyen desdites impuretés, puis en ce que l'on dépose la couche suivante de silicium. 4. Procédé de réalisation de cellules solaires selon l'une des revendications t à 3, caractérisé en ce que l'on dope la couche intermédiaire de carbure de silicium au moyen d'impuretés de bore, alors que la couche immédiatement adjacente à ladite couche intermédiaire est de type de conductivité P. 5. Cellules solaires obtenues par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4.