Brevet FR2508708A1 — publié le 19821231

La présente invention est relative à un procédé d'amélioration des propriétés et des performances des cellules solaires Elle vise plus particu Fièrement un procédé d'élimination des courts-circuits et des shunts élec- triques créés lors du procédé de fabrication de telles cellules solaires, et plus particulièrement des cellules solaires de grande surface au silicium amorphe. La sortie de courant et de tension des cellules solaires à pellicule mince, par exemple des cellules solaires au silicium amorphe du type décri dans le brevet américain N O 4 064 521, peut être fortement réduite, ou total( ment éliminée, par la présence de courts- circuits ou de shunts électriques qui se forment pendant le procédé de fabrication de telles cellules solaires. Des courts-circuits électriques se produisent soit lorsqu'il existe un trou, tel qu'un "trou d'épingle", dans le corps semi-conducteur qui amène les élec trodes frontale et postérieure à se toucher, soit lorsqu'il existe un métal conducteur qui s'étend au travers du corps semiconducteur. Un shunt constitue une perte de charge,dans le corps semiconducteur, due soit à une formation de barrière imparfaite, soit à la formation d'un contact ohmique, par un métal à potentiel d'extraction élevé, à la place d'un barrière de Schottky Les problèmes créés par des défauts de cellules so- laires,se traduisant par des courts-circuits ou des shunts électriques, sont fortement aggravés lorsque augmentent les dimensions des cellules solaires, Afin de pouvoir réaliser des cellules solaires de grandes dimensions de façon économique, on a dl mettre au point soit des procédés pour élimine de tels courts-circuits et shunts électriques lors de la fabrication, soit des méthodes pour éliminer ces défauts après la fabrication des cellules Le brevet américain N O 4 166 918 décrit un procédé pour éliminer les effets de- courts-circuits et shunts électriques dans des cellules solaires de grandes dimensions Selon ce procédé, on utilise une tension de polarisation inverse de valeur suffisamment importante pour éliminer par cuisson les défauts de la cellule solaire, mais d'une valeur inférieure à celle de la tension de rup- ture de la cellule L'expérience montre que le procédé décrit dans ce brevet américain peut être amélioré dans de nombreux cas, C'est là le but de l'in- vention. Selon la présente invention, une cellule solaire présentant un court- circuit ou un shunt est placée dans une solution électrolytique, et la cellule est soumise à une polarisation inverse On a découvert que le courant cir- cule uniquement au travers du court-circuit ou du shunt, et qu'il ne traverse pas les autres parties de la cellule Il en résulte que le courtcircuit ou le shunt électrique est éliminé, par un procédé qui, selon la présente titulaire, implique soit un électroplacage à partir de la cellule, soit une élimination mécanique, réalisée par l'intermédiaire d'un procédé de soufflage de bulle. Bien que le mécanisme précis demeure inconnu à l'heure actuelle, les résul- tats ont montré que la présente invention élimine les courts-circuits et les shunts électriques sur des cellules, alors que les procédés selon la technique antérieure ne permettaient pas cette élimination. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé, qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. La Figure unique du dessin est une vue en coupe verticale illustrant la mise en oeuvre du procédé selon cette invention. Selon la présente invention, on utilise un conteneur 10 dans lequel est disposé un électrolyte 12, comme représenté sur la Figure Une cellule solaire 14, présentant des courts-circuits et/ou des shunts électriques, est placée dans l'électrolyte 12, o est également plongée une électrode 16. L'électrode 16 est reliée à l'une des bornes d'une source d'alimentation de tension 18, dont l'autre borne est reliée à une borne de la cellule solaire 14. Comme on peut le voir, le mode de liaison de la cellule solaire 14 et de l'électrode 16 à la source de tension 18 est déterminé de manière que la jonction redresseuse de la cellule solaire 14 soit soumise à une polarisation inverse Il en résulte que le courant circule uniquement au travers des courts-circuits et/ou des shunts électriques présents dans la cellule solaire 14, et qu'un tel courant ne circule que pendant un temps suffisant pour élimi- ner les courts-circuits et/ou les shunts électriques, par l'intermédiaire d'un procédé qui implique un certain type d'attaque chimique Bien que le méca- nisme précis de ce procédé ne soit pas encore bien connu ou compris,' il en résulte la formation d'un trou autour du court-circuit et/ou du shunt, qui est ainsi totalement éliminé de la cellule solaire 14. A titre d'exemple, des cellules au silicium amorphe ont été placées dans un électrolyte d'acide sulfurique dilué (H 2 SO 4), pendant trois minutes, chaque cellule solaire 14 étant soumise à une polarisation inverse de Z volts. Les courts-circuits et/ou les shunts qui étaient antérieurement présents dans les cellules et qui n'étaient pas éliminés en mettant en oeuvre le procédé se- lon la technique antérieure, c'est-à-dire notamment le procédé selon le brevet américain N O 4 166 918, ont été éliminés par le procédé selon cette invention. En général, le procédé selon la présente invention nécessite l'utilisation, comme électrolyte, d'une solution qui n'effectue l'attaque chimique que lorsqu'on applique un courant de polarité appropriée A ce moment, la vitesse d'attaque sera la plus élevée lorsque le courant est le plus élevé, c'est-à-dire lorsqu'il existe un court-circuit ou un shunt La polarité du courant, détermi- née par la polarité de la source d'alimentation de tension 18, doit être appro- priée à la structure de cellule particulière de la cellule solaire 14 Par consé- quent, le procédé nécessite que la cellule solaire 14, qui, de façon typique, présente une structure analogue à celle d'une diode, avec une région intrin- sèque entre une région de type P et une région de type N, soit reliée à une source d'alimentation d'énergie 18 qui est telle que la cellule solaire soit soumise à une polarisation inverse Il en résulte que le courant a tendance à ne pas s'écouler, sauf aux endroits o existe un court-circuit ou un shunt. Dans la zone o est situé un court-circuit et/ou un shunt, la circulation du courant n'est pas empêchée par la présence d'une barrière semiconductrice polarisée en sens inverse Par conséquent, dans de telles zones de densité de courant élevée, il se produit une attaque électrolytique Cette attaque se poursuit aussi longtemps qu'il subsiste une zone de courant élevé, c'està- dire jusqu'à l'élimination cl court-circuit et/ou du shunt électrique. Dans l'exemple de mise en oeuvre particulier illustré par la Figure, la cellule solaire 14 comprend un substrat 20 en acier inoxydable, compor- tant une couche 22 de type N, typiquement de silicium amorphe, formée sur le substrat Une région intrinsèque 24 est adjacente à la région de type N 22, et une barrière de Schottky au platine 26 est au contact de la région intrin- sèque 24 Bien entendu, la structure particulière de la cellule solaire au sili- cium amorphe 14 n'est pas la seule utilisée pour de telles cellules, et elle ne constitue qu'un exemple. Le substrat en acier inoxydable 20 est fixé à la borne positive de la source d'alimentation 18, par l'intermédiaire d'un câble conducteur isolé 28. Ce conducteur 28 doit être isolé, afin d'éviter que du courant ne circule vers des portions du câble immergé dans l'électrolyte 12 Pour des raisons simi- laires, une couche isolante 30, par exemple une couche de peinture, est ap- pliquée sur les parties exposées du substrat d'acier inoxydable 20 Une élec- trode 16, qui, dans l'exemple de réalisation préféré, est constitué d'or ou de platine, est reliée à la borne négative de la source d'alimentation 18, par l'intermédiaire d'un câble conducteur 32, qui doit être également isolé afin qu'il ne soit pas affecté par la présence de l'électrolyte 12. Le courant peut uniquement s'écouler vers l'électrode 16, au travers de l'électrolyte 12, à partir des portions de la cellule solaire 14 qui comportent des courts-circuits et/ou des shunts Un électrolyte typique pouvant être uti- lisé dans une structure de cellule dans laquelle la borne de type N est reliée à la borne positive de la source de tension est constitué soit par de l'acide sulfurique dilué (H 2 SO 4), soit par du sulfate de cuivre dilué (Cu SO 4) En variante, lorsque la structure de la cellule comprend une région de type P adjacente à un substrat conducteur, c'est-à-dire lorsqu'il s'agit d'une structure acier inoxydable /P-I-N/ITO, le substrat d'acier inoxydable est relié à la borne négative de la source de tension 18, et on utilise un élec- trolyte constitué d'une solution à 20 % d'hydroxyde d'ammonium (NH 4 OH). Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en en- globe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Procédé d'amélioration des performances d'une cellule solaire qui comporte une électrode fortement conductrice au contact de l'une des couches de la cellule, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une tension de polarisation inverse à ladite électrode fortement positive ( 20) pendant que la cellule solaire ( 14) est immergée dans un élec- trolyte ( 12), ladite tension de polarisation étant appliquée par l'intermédiaire dudit électrolyte de manière que les courts-circuits ou les shunts soient éli- minés. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on isole dudit électrolyte l'électrode fortement conductrice de la photocellule ( 14). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élec- trode fortement conductrice de ladite cellule solaire est adja- cente à une région semiconductrice de type P, avec laquelle elle est en con- tact, et en ce que ledit électrolyte est constitué d'une solution faible d'hydro- xyde d'ammonium (NH 4 OH). 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élec- trode fortement conductrice de ladite cellule solaire est adjacente à une ré- gion semiconductrice de type N, et en ce que ledit électrolyte est choisi dans le groupe qui comprend l'acide sulfurique dilué (H 2 SO) et le sulfate de cuivre dilué (Cu SO). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élimi- nation des courts-circuits ou des shunts électriques s'effectue sous l'influenc dudit électrolyte, en présence d'une circulation du courant électrique. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élimi- nation des courts-circuits et des shunts résulte d'une attaque électrolytique.