Brevet FR2498817A1 — publié le 19820730

La présente invention concerne de façon générale le domaine des cellules solaires et plus particulièrement les revêtements anti-réfléchissants pour de telles cellules ainsi qu'un procédé pour appliquer de tels revêtements. Dans un dispositif semiconducteur, une plaquette de silicium préalablement dopée à l'aide d'une impureté pour adopter une polarité spécifique est soumise à une impureté de polarité opposée de façon à former une jonction électrique. A titre d'exemple particulier, si la plaquette de silicium a été préalablement dopée à l'aide de bore établissant ainsi une polarité de type p, une diffusion ultérieure de phosphore confère à la plaquette une jonction p-n à proximité d'une surface. Une jonction ayant été établie, l'énergie rayonnante, habituellement sous la forme de lumière frappant la surface, est rapidement absorbée à mesure qu'elle pénètre dans le matériau semiconducteur engendrant des électrons libres et des trous en paires. Les porteurs minotaires des paires électron-trou, dans la zone où ils sont engendrés, soit se recombinent avec les porteurs majoritaires soit croisent la jonction p-n. Les porteurs minoritaires qui croisent la jonction p-n amènent le corps de la cellule à devenir polarisé, les électrons passant dans la région de type n et les trous dans la région de type p. Cette polarisation provoque la génération d'un courant électrique utile qui circule lorsque les deux régions sont reliées extérieurement par un conducteur électrique. Le rendement, c'est-à-dire le rapport puissance de sortie/puissance d'entrée d'une cellule solaire est directement fonction de la quantité de lumière utile (lumière engendrant des porteurs) qui est absorbée par la cellule solaire. Le rendement de la cellule solaire est limité du fait qu'une partie de la lumière, à la fois utile et inutile, frappant la surface supérieure de la cellule est réfléchie. Pour réduire cette réflexion on dispose un revêtement anti-réfléchissant sur la surface de la cellule solaire à travers laquelle la lumière pénètre dans la cellule. Un revêtement antiréfléchissant de fonctionnement correct doit réduire la réflexion de la lumière utile et ne doit pas absorber la lumière utile, mais doit permettre à la lumière d'atteindre la cellule sousjacente.L'utilisation d'un matériau anti-réfléchissant particulier dépend par conséquent de l'indice de réflexion de la cellule solaire sousjacente ainsi que des longueurs d'ondes de bande d'absorption pour cette cellule solaire. Les procédés de l'art antérieur pour appliquer des revêtements anti-réfléchissants comprennent : l'évaporation du métal au moyen d'un faisceau d'électrons, puis l'oxydation thermique ou anodique du métal se trouvant sur le silicium en son oxyde ; l'évaporation de l'oxyde métallique directement sur la surface de la cellule solaire ; et l'évaporation par faisceau d'électrons de mélanges du métal et de son oxyde. Ces procédés ne sont pas satisfaisants pour de nombreuses raisons et notamment l'exigence d'un équipement coûteux et compliqué, tel que le vide poussé, pour l'évaporation des métaux et/ou de leurs oxydes, et la difficulté de contrôler l'épaisseur du revêtement anti-réfléchissant déposé sur la cellule.Une autre difficulté rencontrée dans les procédés de l'art antérieur est que certains revêtements anti-réfléchissants peuvent devoir être retirés pour permettre d'appliquer des contacts métalliques (grille). Dans le cadre de la présente invention, on a mis en oeuvre un moyen pour déposer un revêtement anti-réfléchissant, qui ne nécessite pas d'équipement sophistiqué et qui ne nécessite pas l'enlèvement du revêtement pour déposer des contacts métalliques (grille) sur ladite cellule. Dans le procédé de la présente invention, une pâte de sel organique métallique est imprimée par sérigraphie sur la surface de la cellule et le sel métallique organique est converti en son oxyde par traitement thermique. Après enlèvement du pochoir, la surface de la cellule, sous la partie pleine du pochoir, est exempte de revêtement et ainsi on peut ajouter un contact métallique. Les sels organiques métalliques normalement utilisés sont les alcoolates, tels que le méthylate, l'éthylate, le n-propylate, l'isopropylate, le butylate et le pentylate. La limitation en ce qui concerne la longueur de la chaîne de l'alcoolate est liée à sa facilité de production et de décomposition. Aux températures utilisées dans l'étape de traitement thermique, les produits de combustion de la fraction alcoolate sont principalement l'eau et le gaz carbonique. Les arylates ne sont pas normalement utilisés du fait de la difficulté d'obtenir une décomposition complète comme dans le cas des alcoolates. Le métal utilisé dans ce procédé est choisi dans le groupe constitué par le tantale, le niobium, le titane, le tellure, le zirconium et l'yttrium, ainsi que les combinaisons de ces métaux. Les caractéristiques du revêtement obtenu, telles que l'indice de réfraction, la constante diélectrique, la dureté, la porosité, l'absorption de lumière, la stabilité chimique et d'autre propriétés chimiques, physiques, électroniques et optiques peuvent être choisies par le choix approprié de la préparation d'alcoolate pour la cellule particulière à revêtir. L'épaisseur du revêtement obtenu est facilement déterminé Pour la préparation de la pâte organique métallique on mélange un agent épaississant ou de suspension tel que l'ethylcel- lulose et la méthylcellulose avec un liquide compatible de façon a former une pâte. Le liquide qui agit en tant que solvant pour l'alcoolate le plus couramment utilisé est un alcool aliphatique possédant au moins six atomes de carbone tel que le 2-éthylhexanol1, ou un terpène tel que l'a-terpineol. D'autres alcools liquides connus tels que l'alcool de benzyle et d'autres alcools aromatiques, terpènes et agents épaississants ou de suspension peuvent être utilisés. A cette pâte on ajoute soit un alcoolate métallique, soit un mélange de chlorure métallique et d'alcool. En aucun cas on ne doit remplacer tous les halogènes du métal par un groupe alcool. En fonction du métal choisi, lorsque l'on ajoute le métal et l'alcool en mélange, il se produit soit une réaction entre les deux composants, soit un complexe des deux composants, soit éventuellement les deux. La proportion de l'halogénure métallique par rapport à l'alcool dans un mélange des deux composants ou dans un alcoolate est dans un rapport d'environ 1/1 à environ 1/3, avec un rapport préféré de 1/2. La proportion préférée de l'agent épaississant par rapport à l'alcool utilisé pour former une pâte acceptable est comprise entre environ 2/1 et environ 1/20. La proportion préférée de pâte par rapport à l'alcoolate métallique ou le mélange est comprise entre environ 10/1 et environ 50/1. A titre d'exemple particulier de mise en oeuvre de l'invention on prépare une pâte à partir d'une partie d'éthylcellulose et de 1,5 partie d'a-terpineol. A 20 parties de la pâte résultantè, on ajoute une partie d'un mélange de une partie de chlorure de niobium (NbC15) et de 2 parties d'éthanol. La pâte résultante sensiblement homogène est ensuite étalée sur un pochoir qui a été placé sur la surface d'impact de lumière de la cellule. Le pochoir est ouvert à l'exception des zones destinées à former la grille. L'épaisseur du pochoir est déterminée de façon à permettre à une quantité suffisante de pâte d'être ajoutée à l'espace ouvert du pochoir pour laisser un revêtement, après traitement thermique, d'environ un quart de la longueur d'onde. Cette épaisseur est aisément déterminable par des procédés connus. Après application de la pâte à la cellule le pochoir est enlevé et la cellule est chauffée à une température comprise entre environ 4000C et environ 550 0C pendant approximativement 1 à 10 minutes. Après traitement thermique, la cellule est plaquée à l'aide d'une solution de placage standard de nickel formant ainsi la structure de grille. Ce processus a été répété en utilisant un mélange d'une partie d'éthylcellulose et de 1,5 partie de 2-ethylhexanol-1 comme composants de la pâte, et, soit un mélange dans une proportion de 1 à 3 de chlorure de tantale-éthanol, soit de l'éthylate de titane. La proportion de la pâte par rapport au mélange métal-alcool est de 15/1 et la proportion de pâte par rapport à l'éthylate de tantale est de 25/1. Dans les deux cas, l'épaisseur du revêtement résultant d'oxyde est comprise entre environ 0,5 et environ 0,75 micron. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le pochoir peut être retiré après traitement thermique de la cellule. Dans ce mode de réalisation, le matériau du pochoir est choisi de façon à être susceptible de résister à la chaleur dans une plage comprise entre environ 3000C et environ 550 0C. On connaît des matériaux de cette nature. Il est cependant préférable de retirer le pochoir avant le traitement thermique. Les références aux parties et proportions dans la présente demande sont exprimées en poids ou basées sur des parties en poids. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de mise en oeuvre préférés, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS I 1. Procédé pour appliquer un revêtement anti-réfléchissant et une grille à la surface d'une cellule solaire, ladite surface étant conçue pour absorber la lumière incidente sur elle, caractérisé par le fait qu'il consiste à a/ placer un pochoir sur ladite surface de la cellule solaire, ledit pochoir possédant une structure dans laquelle la zone à revêtir est ouverte, b/ appliquer une pâte d'alcoolate métallique audit pochoir, c/ chauffer ladite cellule revêtue à une température comprise entre environ 3000C et environ 5500C pour décomposer l'alcoolate et former l'oxyde métallique, et d/ plaquer les zones claires de la surface de la cellule à l'aide d'un composé de nickel pour former la grille métallique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite pâte comprend a/ un agent épaississant ou de suspension, un unalcool liquide choisi dans le groupe comprenant un alcool aliphatique possédant au moins six atomes de carbone, les terpènes et les alcools aromatiques, c/ un alcoolate métallique dont le métal est choisi dans le groupe comprenant le tantale, le titane, le niobium, l'yttrium, le zirconium, le tellure ou leurs mélanges. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la proportion de l'agent épaississant par rapport à l'alcool est comprise entre environ 2/1 et environ 1/20 et la proportion de la pâte, c'est-a-dire le mélange agent épaississant-alcool, par rapport a l'alcoolate métallique est comprise entre environ 10/1 et environ 50/1. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'alcoolate est choisi dans le groupe comprenant le méthy late,l'éthylate, le n-propylate, l'isopropylate, le butylate et le pentylate. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'agent épaississant est choisi dans le groupe comprenant la méthylcellulose et l'éthylcellulose. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'alcool est choisi dans le groupe comprenant le 2-éthylhexanol-l et l'a-terpineol. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'alcoolate métallique est un mélange de chlorure métal lique et d'un alcool, la proportion du chlorure métallique par rapport à l'alcool étant comprise entre environ 1/1 et environ 1/3. 8. Composition appropriée à l'application par sérigraphie d'un revêtement anti-réfléchissant sur la surface d'impact de lumière d'une cellule solaire, caractérisée par le fait qu'elle comprend a/ un agent épaississant ou de suspension, un unalcool liquide choisi dans le groupe comprenant un alcool aliphatique possédant au moins six atomes de carbone, les terpènes et les alcools aromatiques, et un unalcoolate métallique dont le métal est choisi dans le groupe comprenant le tantale, le titane, le niobium, l'yttrium, le zirconium, le tellure ou leurs mélanges. 9. Composition selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la proportion de l'agent épaississant par rapport à l'alcool est comprise entre environ 2/1 et environ 20/1 et la proportion de la pâte, c'est-à-dire du mélange agent épaississantalcool, par rapport à l'alcoolate métallique est compris entre environ 10/1 et environ 50/1. 10. Composition selon la revendication 9, caractérisée par le fait que l'alcoolate est choisi dans le groupe comprenant le méthylate, l'éthylate, le n-propylate, l'isopropylate, le butylate et le pentylate. 11. Composition selon la revendication 10, caractérisée par le fait que l'agent epaississant est choisi dans le groupe comprenant la méthylcellulose et l'éthylcellulose. 12. Composition selon la revendication 11, caractérisée par le fait que l'alcool est choisi dans le groupe comprenant le 2éthylhexanol-l et l'a-terpineol. 13. Composition selon la revendication 8, caractérisée par le fait que l'alcoolate métallique est un mélange de chlorure métal lique et d'un alcool, la proportion du chlorure métallique par rapport à l'alcool étant comprise entre environ 1/1 et environ 1/3.