Brevet FR2533754A1 — publié le 19840330

Procédé de fabrication de ccllules solaires La présente invention concerne un procédé de fabrication de modules de cellules solaires à partir de disques de silicium comportant une jonction semi-conductrice, -comportant les opérations suivantes - réalisation de contacts arrières pour la collecte du courant sur la face arrière des disques de silicium, - dépôt par sérigraphie sur la face arrière d'une plaque de verre d'une encre à former des aires de scellement correspondant aux différents disques de silicium, comprenant au moins un solvant, un liant et une poudre de verre, - vitrification de ce dépôt par traitement thermique, - dépôt par sérigraphie sur la face arrière de la plaque de verre d'une encre destinée à former des reprises de contact, comprenant au moins un solvant, un liant et une poudre de métal conducteur, et cuisson de cette encre, - dépôt par. sérigraphie d'une encre destinée à former des grilles collectrices de courant sur la face avant des disques de silicium dans des zones complémentaires de celles des aires de scellement, - élimination des produits organiques contenus dans l'encre, et cuisson de celle-ci, - traitement réducteur des cellules solaires formées, - mise en place sur les aires de scellement de la plaque de verre des cellules solaires, - traitement thermique.de scellement. Un procédé de ce genre a fait l'objet de la demande de brevet FR A-2 457 015 du 14 mai 1979 au nom de la Demanderesse. Dans celui-ci, le scellement des cellules solaires sur la plaque de verre est effectué par cuisson en présence d'air à 5500 - 600tu pendant 10 minutes sous une pression comprise entre 0,25 et 1 bar. On a cependant constaté que les cellules encapsulées selon de tels procédés présentaient des caractéristiques électriques dispersées, et que notamment certaines d'entre elles présentaient une résistance série excessive et/ou une tension en circuit ouvert trop faible. La présente invention a pour but de remédier à ces difficultés, et de procurer un procédé de fabrication de cellules solaires procurant des cellules de caractéristiques électriques suffisantes et sensiblement constantes après encapsulation, et par suite un prix de revient des modules photovoltaiques plus faible. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le traitement thermique de scellement est effectué en présence d'un gaz non oxydant, mais non réducteur. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Le gaz non oxydant, mais non réducteur, est l'azote. - Le traitement thermique de scellement comprend un chauffage pendant quelques minutes à 6500C environ, avec une mise en pression, un refroidissement jusqu'à #000C environ, puis un recuit à cette dernière température pendant environ 30 minutes. - Le traitement thermique de vitrification du dépôt sur la face arrière de la plaque de verre comporte un chauffage à environ 6500c pendant environ 10 minutes en présence d'air. - L'élimination des produits organiques contenus dans les encres est effectuée par évaporation des solvants à 1500C, puis pyrolyse des liants à 3500C environ. - On dépose sur la face avant des cellules solaires avant leur scellement une couche de nitrure de silicium par mise en contact de ces disques avec un mélange gazeux de silane et d'azote pauvre en silane à environ 3000C. - On dépose sur la face avant des disques de silicium une couche de nitrure de silicium d'épaisseur supérieure à 700 angströms, et de préférence d'environ 1300 angstroms. - Le mélange gazeux de silane et d'azote est à 2% environ en volume de silane. Il est décrit ci-après à titre d'exemple un procédé de fabrication de modules de cellules solaires selon l'invention. On réalise sur la face arrière de disques de silicium monocristallin, par exemple de 100 mm de diamètre et 300 microns d'épaisseur et 0,55 micron de profondeur de jonction, des contacts arrière pour la collecte de courant, par dépôt par sérigraphie d'une encre conductrice à l'argent dopée à l'aluminium, contenant par exemple 3% de poudre deverre, puis séchage et cuisson de cette encre à 65000 pendant 10 minutes en présence d'air. On dépose par sérigraphie sur une plaque de verre Pyrex de 3 à 6 mm d'épaisseur une encre diélectrique comportant des solvants, des liants organiques et une poudre de verre, évapore les solvants par chauffage à 15O0C, élimine les liants organiques par pyrolyse à 350qu, puis effectue une vitrification de ces dépôts par traitement thermique à 65000 pendant 10 minutes à l'air, de façon à constituer des aires de scellement sur la plaque de verre On dépose sur la plaque de verre Pyrex des reprises de contact par sérigraphie d'une encre conductrice, on évapore les solvants, pyrolyse les liants organiques et vitrifie les reprises de contact par cuisson à 65000 pendant 10 minutes à l'air. On dépose par sérigraphie sur la face avant des disques de silicium une encre à l'argent destinée à former la grille conductrice de courant, selon un masque complémentaire des aires de scellement, et élimine les solvants par évaporation à 15000, les liants organiques par pyrolyse à 35000, et effectue la cuisson#de la grille conductrice à 70000 pendant 10 minutes à l'air. On soumet alors les cellules solaires ainsi formées à un traitement réducteur par recuit sous hydrogène à 110000 pendant 30 minutes de façon à réduire la résistance série des cellules. On dépose sur la face avant des cellules une couche de nitrure de silicium par mise en contact de cette face avec un mélange de silane et d'azote à 2% de silane, à une température de 30000, Jusqu'à formation d'une couche barrière de 1300 ou de 800 angstr8ms d'épaisseur. On met alors les cellules solaires en place sur les aires de scellement de la plaque de verre, puis effectue leur scellement par traitement thermique en présence d'azote. A cet effet, on élève la température de 2000 par minute jusqu'à 65000, maintient les cellules à 65000 pendant 3 minutes, en les mettant en pression sous 2 bars pendant 2 minutes. On abaisse la température à 450qu en 12 minutes, puis soumet les cellules à un recuit de 30 minutes à 40000. On les laisse enfin refroidir lentement. De façon connue, on isole les faces avant et arrière des cellules par des plots isolants en verre, obtenus par impression d'un verre de scellement. La figure unique du dessin représente les caractéristiques électriques (intensité I en ampères en fonction de la tension V en volts) pour une cellule venant d'entre fabriquée avant son traitement de scellement (courbe I), et pour des cellules comportant des couches barrières de nitrure de silicium (obtenues selon le mode opératoire ci-dessus) de 1300 et 800 angströms (respectivement courbes Il et III), ainsi que pour une cellule sans couche barrière (courbe IV), toutes ces cellules ayant subi le traitement de scellement sous atmosphère d'azote. On -voit que les caractéristiques de la cellule sont fortement dégradées si elle ne comporte pas de couche barrière, et que la cellule à couche barrière de nitrure de silicium de 1300 angströms reproduit sensiblement la caractéristique de la cellule initiale, avant son traitement de scellement. Bien que la présente invention soit indépendante d'une explication théorique des phénomènes, on peut penser que la mise en place d'une couche de nitrure de silicium entre les disques de silicium et la plaque de verre évite la diffusion d'éléments métalliques provenant du verre dans les disques de silicium, et par suite une pollution de la jonction entraînant la diminution de la tension en circuit ouvert de la cellule. Quant au traitement thermique de scellement sous azote, il évite l'oxydation des contacts qui se produirait lors d'un traitement à l'air, et augmenterait la résistance série de la cellule. Les cellules ainsi encapsulées présentent d'excellentes caractéristiques électriques. Elles ont été soumises à des cycles thermiques entre - 400 et + 900C qui n'ont entraîné aucune modification de leurs caractéristiques. Les modes opératoires de dépôt de la couche barrière et de traitement de scellement sous azote qui viennent d'être décrits paraissent la forme de réalisation préférable de l'invention. On comprendra cependant que diverses modifications peuvent leur être apportés sans sortir du cadre de l'invention, certaines opérations ou certains réactifs pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient le même rôle technique. En particulier, le traitement thermique de scellement pourrait être effectué sous un gaz non oxydant et non réducteur autre que l'azote, par exemple un gaz rare. De la manière habituelle, on peut enfin former un module photovoltaique par mise en série des différentes cellules, en réalisant des connexions entre les plots conducteurs -et la face arrière des cellules par impression d'une encre conductrice, puis pulvérisation d'un verre de scellement ou d'un émail sur la face arrière du module pour obtenir une couche de protection de ce dernier REVEDICATIONS 1/ Procédé de fabrication de cellules solaires à partir de disques de silicium à jonction semi-conductrice, comportant les opérations suivantes : - réalisation de contacts arrière pour la collecte du courant sur la face arrière des disques de silicium, - dépôt par sérigraphie sur la face arrière d'une plaque de verre d'une encre destinée à former des aires de scellement correspondant aux différents disques de silicium, comprenant au moins un solvant, un liant et une poudre de verre, - vitrification de ce dépôt par traitement thermique, - dépôt par sérigraphie sur la face arrière de la plaque de verre d'une encre destinée à former des reprises de contact, comprenant au moins un solvant, un liant et une poudre de métal conducteur, et cuisson de cette encre, - dépôt par sérigraphie d'une encre destinée à former des grilles collectrices de courant sur la face avant des disques de silicium dans des zones complémentaires de celles des aires de scellement, - élimination des produits organiques contenus dans l'encre et cuisson de celle-ci, - traitement réducteur des cellules solaires formées, - mise en place sur les aires de scellement de la plaque de verre des cellules solaires, - traitement thermique de scellement, caractérisé en ce que le traitement thermique de scellement est effectué en présence d'un gaz non oxydant, mais non réducteur. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz non oxydant, mais non réducteur, est l'azote. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement thermique de scellement comprend un chauffage pendant quelques minutes à 6500C environ, avec une mise en pression, un refroidissement jusqu'à 4000C environ, puis un recuit à cette dernière température pendant environ 30 minutes. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le traitement thermique de vitrification du dépôt sur la face arrière de la plaque de verre comporte un chauffage â environ 6500C pendant environ 10 minutes en présence d'air 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élimination des produits organiques contenus dans les encres est effectuée par évaporation des solvants à 15O0C, puis pyrolyse des liants à 3500C environ. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on dépose sur la face avant des cellules solaires -avant leur scellement une couche de nitrure de silicium par mise en contact de ces disques avec un mélange gazeux de silane et d'azote pauvre en silane à environ 3000C 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on dépose une couche de nitrure de silicium dvépaisseur supérieure- à 700 angströms, et de préférence d'environ 1300 angstroms. 8/ Procédé selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le mélange gazeux de silane et d'azote est à 2% environ en volume de silane.