Brevet FR2493350A1 — publié le 19820507

NOUVEAU SUBSTRAT, EN RUBAN, POUR TIRAGE SILICIUM A USAGE SOLAIRE. L'invention concerne un procédé de dépat de silicium, sur un ruban de carbone éventuellement recouvert de pyrocarbone, par tirage au travers d'un récipient contenant du silicium à l'état liquide, et muni d'une fente en son fond, en vue de la fabrication de cellules solaires. Elle concerne également le ruban de carbone à utiliser pour ce dépôt, ainsi que les cellules solaires obtenues par la mise en oeuvre de ce procédé. Un tel procédé de dépôt est connu de l'art antérieur et décrit dans une précédente demande de brevet, déposée au nom de la Demanderesse, le 7 Avril 1977, sous le numéro 77 10 603. Ce procédé de dépôt, dit du "creuset fendu", à permis notamment d'obtenir un dépot de silicium, d'une épaisseur continue et contrôlable pouvant varier au gré du fabricant entre 1 et 200 /um sur des rubans pouvant atteindre des dimensions aussi grandes que 5 cm de largeur et 1 m de longueur avec des vitesses de tirage aussi importantes que 10 cm/mn. En outre, l'étude photoélectrique des cellules solaires ainsi obtenues a conduit à des rendements AM 1 (i.e.éclairement normal au niveau de la mer) de l'ordre de 10 . Un tel rendement a été obtenu notamment à partir d'un dopage au bore, de la couche intermédiaire de carbure de silicium, ainsi que décrit dans une précédente demande de brevet, déposée au nom de la Demanderesse, le 23 Avril 1979, sous le numéro 79 10 190. Mais, l'effort exigé du fabricant de cellules solaires, pour obtenir un cotit de l'énergie non rédhibitoire conduit à formuler la nécessité de rendement supérieur, au moins égal à Il %. L'invention vise à obtenir de tels rendements, en modifiant la structure des rubans de base sur lesquels est déposé le silicium. Selon la présente invention, le procédé de dépôt est remarquable en ce que l'on perce préalablement le ruban d'une pluralité de trous. De cette manière, il est loisible d'obtenir un contact olec- trique arrière, sans passer à travers le substrat, puisque la présence de trous permet d'assurer une continuité électrique entre-les faces arrière et avant. La description qui va suivre en regard des dessins annexés permettra de mieux comprendre comment l'invention s'éxécute. La figure 1 représente un ruban, selon l'art antérieur. La figure 2 représente le dispositif de tirage du ruban, selon l'art antérieur. La figure 3a est une vue plane du ruban, selon la présente invention. La figure 3b est une vue en coupe de ce ruban, après dépôt du silicium. La réalisation,de manière industrielle, de cellules solaires en silicium polycristallin s'effectue habituellement par dépôt sur de grandes surfaces planes, par trempage dans un creuset, de silicium fondu. Une voie de recherche prometteuse développée et protégée par la Demanderesse (demande de brevet précitée 77 10 603), consiste à tirer un ruban de carbone au travers d'un creuset, ruban qui peut atteindre des dimensions aussi grandes que 5 cm de largeur et 1 m de longueur, avec des vitesses de tirage aussi importantes que 10 cm/minute. Un tel ruban est représenté schématiquement à la figure 1. Un premier perfectionnement a consisté à interposer entre le carbone et le silicium, une mince couche de pyrocarbone, de type laminaire rugueux, obtenu par pyrolyse à haute température (2 0000C), en des épaisseurs comprises sensiblement entre 1 et 10 /um. En effet, la réactivité importante du carbone avec le silicium fondu conduisait nécessairement, lors du dépôt, à la formation d'une couche intermédiaire de carbure de silicium, par réaction avec le carbone. La dissolution du carbone et de ses impuretés de constitution, dans le silicium, entraînait une dégradation des performances des photopiles et de la qualité du contact électrique entre le silicium et le ruban. Les dépôts de pyrocarbone du type précité, étant les moins réactifs, ont permis d'obtenir une première amélioration dans ce sens. Un second perfectionnement a consisté à doper la couche intermédiaire de carbure de silicium, au moyen d'impuretés dopantes procurant le même type de conductivité que celui de la couche de silicium immédiatement adjacente -par exemple du bore, pour une couche de type Psoit en dopant le substrat de carbone initialement, au moins dans une zone affleurant la surface, soit 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. Ce perfectionnement est décrit dans une précédente demande, déposée le 23 Avril 1979, au nom de la Demanderesse, sous le numéro 79 10 190. Le dispositif de tirage est représenté schématiquement à la figure 2, pour mémoire. I1 comporte un creuset 1 muni en sa partie inférieure d'une fine fente 2, au travers de laquelle peut circuler le ruban 3 (alors que le silicium fondu 4 ne s'écoule pas en raison des forces de capillarité). Le creuset 1 est typiquement en quartz et est maintenu dans un suscepteur 5 en graphite. Le dispositif de chauffage comporte un pré-chauffage 6 et un chauffage 7 (par exemple par induction par radio-fréquence) et un post-chauffage 8 (par exemple par effet Joule) de façon à diminuer les contraintes thermiques qui se développent dans le substrat, lors du refroidissement. Enfin, la figure 3a représente, en une vue plane, le ruban conforme à la présente invention, à savoir un ruban oblong, percé d'une multitude de trous, de forme quelconque, dont les dimensions peuvent à titre d'exemple atteindre quelques millimètres, et qui, disposé à raison par exemple de trois ou quatre trous dans une largeur, sont répartis de façon continue, sur toute la longueur du ruban. La figure 3b est une vue en coupe, selon l'axe III-III de la figure 3a, après recouvrement par du silicium. Ainsi, à partir d'un substrat en carbone 11, recouvert de pyrocarbone 12 en une couche mince de l'ordre de quelques microns, il a été déposé par tirage à travers le creuset fendu de la figure 2 du silicium sur les deux faces du ruban et dans les trous 13 par capillarité ; les épaisseurs des couches de silicium, déposées sur les deux faces, peuvent être différentes, en raison de l'inclinaison du ruban par rapport à la verticale et l'on obtient de façon usuelle un dépôt total de silicium inférieur à 150 /um, réparti en 100 /um sur une face, dite par suite face avant, et 10 à 40 /um sur l'autre face, dite par suite face arrière. De cette manière, les cellules solaires réalisées à partir de ce matériau nouveau présentent des performances améliorées, tant du point de vue rendement qui peut ainsi atteindre ou dépasser 11 , mais encore des caractéristiques électriques de base de la cellule solaire qui voit ainsi son facteur de forme F.F. atteindre 0.73 (au lieu de 0.65), sa tension en circuit ouuert V attein co dre 550 mV (au lieu de 500 mV) et l'intensité du courant Iph 28 mA/cm2 (au lieu de 25 mA/cm2.) En outre, ce matériau est moins fragile du fait de la présence de discontinuités dans le ruban de carbone et de liaisons entre les faces supérieure et inférieure de silicium. I1 est alors possible de déposer des quantités totales de silicium moindres, en une épaisseur inférieure à 150 /um, à solidité égale, donc de réaliser des économies appréciables de matériau semiconducteur. Enfin, la prise d'un contact électrique sur la face arrière permet de revenir à une technologie classique, donc plus simple à mettre en oeuvre, lors de l'interconnexion des cellules solaires pour former des panneaux solaires. I1 est bien évident pour l'homme de l'art que de nombreuses variantes sont possibles sans pour cela sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS : 1. Procédé de dépôt de silicium sur un ruban de carbone éventuellement recouvert de pyrocarbone, par tirage au travers d'un récipient contenant du silicium à l'état liquide, et muni d'une fente en son fond, en vue de la fabrication de cellules solaires, caractérisé en ce que l'on perce préalablement le ruban d'une pluralité de trous. 2. Ruban de carbone, éventuellement recouvert par du pyrocarbone, à recouvrir de silicium en vue de la fabrication de cellules solaires, caractérisé en ce qu'il est muni d'une pluralité de trous. 3. Ruban de carbone, selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits trous ont un diamètre de l'ordre du millimètre. 4. Cellules solaires obtenues par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1.