Brevet FR2594597A1 — publié le 19870821

PROCEDE DE FABRICATION D'UN MODULE INTEGRE DE CELLULES SOLAIRES A COUCHES MINCES MONTEES EN SERIE. L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un module intégré de cellules solaires à couches minces qui sont montées en série et qui comportent respectivement, sur un substrat, une suite de couches constituées par une première couche d'électrode, par une couche photosensible composée de couches de base, ainsi que par une seconde couche d'électrode, la première couche d'électrode et la couche photosensible étant tout d'abord déposées l'une après l'autre en nappes de grande surface sur le substrat et les couches déposées étant structurées par enlèvements successifs de zones de couches prédéterminées en vue de la séparation et du raccordement des différentes cellules solaires. Un tel procédé est par exemple connu par la demande de brevet allemand 28. 39.038. Il s'agit là de la fabrication d'un montage en série de cellules photo-électriques de couche d'arrêt au cours de laquelle, sur un substrat en verre, on applique tout d'abord une première couche d'électrode réalisée en oxyde d'étain, puis une couche photosensible constituée par une couche de sulfure de cadmium ainsi que par une couche de sulfure cuivreux. En vue de la séparation des différentes cellules solaires ainsi que de la constitution du montage électrique en série de celles-ci, on enlève ensuite des zones prédéterminées de la couche photosensible de même que de la première couche d'électrode sous-jacente. Cela s'effectue, dans le premier cas, par perçage ou fraisage et, dans le second cas, par électro-érosion, par rayonnement laser ou par un procédé de masquage ou d'attaque chimique. Les zones enlevées de la couche photosensible sont nettement plus larges que les zones à enlever de la couche d'électrode sous-jacente, ces dernières n'étant pas situées au milieu des fenêtres de la couche photosensible, mais décalées vers un bord. Au cours d'une étape suivante du procédé, on applique respectivement des masses isolantes des deux côtés des fenêtres pratiquées dans la couche photosensible, l'une de ces deux masses isolantes pénétrant dans les fenêtres relativement étroites de la couche d'électrode. Entre les deux masses isolantes, on applique alors un adhésif sur la surface libre de la couche d'électrode, puis on dépose par évaporation une seconde couche d'électrode réalisée en cuivre sur la totalité de la surface de la structure ainsi obtenue. Pour finir, par utilisation d'ultrasons dans la zone de l'une des masses isolantes qui ne s'étend pas dans les fenêtres de la première couche d'électrode, on détache ces masses isolantes avec la couche de cuivre susjacente, si bien qu'on obtient maintenant une structure dans laquelle la première couche d'électrode d'une cellule solaire peut être électriquement raccordée à la face supérieure de la couche photosensible de la cellule solaire voisine au moyen de la couche de cuivre restante. Ce procédé de fabrication- connu est globalement relativement compliqué. Après l'application de la seconde couche, notamment de la couche photosensible, on doit interrompre les processus de dép8t nécessaires en nappes de grande surface pour ne structurer tout d'abord que les couches déjà appliquées et introduire respectivement dans les fenêtres ainsi pratiquées un adhésif et deux masses isolantes que l'on doit encore en plus choisir en différents matériaux si l'on veut que seulement l'une d'entre elles réagisse A l'utilisation ultérieure d'ultrasons. Seulement apres on applique en nappe de grande surface la troisième couche, notamment la seconde couche d'électrode, mais qui recouvre maintenant aussi la masse isolante, en fait superflue, qui doit donc être détachée par l'utilisation d'ultrasons en même temps que la zone sus-jacente de la seconde couche d'électrode. Ce n'est qu'alors qu'on effectue de cette façon la structuration de la seconde couche d'électrode. Un tel procédé de fabrication apparaît encore susceptible d'amélioration en ce qui concerne l'ensemble des moyens à mettre en oeuvre. L'invention a donc pour objet de mettre au point un procédé du type précité qui soit aussi simple que possible dans sa réalisation technique et dont la mise en oeuvre puisse, par conséquent, être aussi économique que possible. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'après le dépôt de la couche photosensible, on dépose la seconde couche d'électrode également en nappe de grande surface sur cette dernière et que c'est seulement ensuite que l'on procède à la structuration nécessaire des trois couches. Dans un mode de réalisation de l'invention, pour la structuration, on enlève tout d'abord les zones prédéterminées de la seconde couche d'électrode et $94597 celles de la couche photosensible, les bords des zones restantes de la couche photosensible faisant saillie en-dehors des bords des zones restantes de la seconde couche d'électrode. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, après l'enlèvement des zones prédéterminées de la seconde couche d'électrode ainsi que de la couche photosensible, on enlève d'abord les zones prédéterminées de la première couche d'électrode, puis on applique les masses isolantes recouvrant les bords de la seconde couche d'électrode et de la couche photosensible et s'étendant dans les fenêtres correspondant aux zones prédéterminées enlevées de la première couche d'électrode, et, pour finir, on applique sur les masses isolantes des pâtes conductrices qui relient électriquement la zone marginale de la seconde couche d'électrode d'une cellule solaire à la première couche d'électrode dénudée de la cellule solaire voisine. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les zones prédéterminées de la seconde couche d'électrode et de la couche photosensible sont enlevées par attaque chimique et les masses isolantes ainsi que les pâtes conductrices peuvent être appliquées par un procédé de sérigraphie. L'avantage particulier du procédé selon l'invention réside dans le fait que l'on peut appliquer en nappes de grande surface directement les unes après les autres la totalité des trois couches, à savoir les deux couches d'électrode ainsi que la couche photosensible interposée. Comme ces dép8ts de couches s'opèrent le plus souvent sous vide, le processus sous vide n'a pas à être interrompu. Les structurations de toutes les trois couches peuvent s'effectuer ensuite également directement les unes après les autres, et, en particulier, on supprime l'application compliquée, et à prorement parler superflue, d'une masse isolante a détacher à nouveau ensuite, attendu que la seconde couche d'électrode est désormais structurée la première, alors que dans le procédé connu, cette structuration n'intervient qu'en dernier lieu par détachement de la masse isolante correspondante. La conséquence immédiate en est que pour chaque cellule solaire individuelle, il suffit de n'appliquer sur son bord qu'une masse isolante qui, comme la masse isolante du procédé connu, se répand dans la fenêtre, créée dans la structuration, de la première couche d'électrode. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexe. Les figures 1 à 5 représentent le procédé de fabrication à l'aide de cinq structures de couches telles qu'elles apparaissent en tant que structures intermédiaires et structures finales au cours du processus de fabrication. L'exemple de réalisation se rapporte à la fabrication d'un module intégré de cellules solaires à couches minces montées en série, dans lequel la couche photosensible 4 est réalisée en silicium amorphe, la première couche d'électrode 3 en un oxyde transparent et conducteur, par exemple en oxyde d'indium - étain (ITO) et la seconde couche d'électrode 5 est constituée par une mince couche métallique, par exemple en aluminium, nickel, argent, or ou titane, en éléments individuels ou en mélanges, par exemple aluminium et silicium. La première couche d'électrode 3 est déposée sur un substrat en verre 2. La figure 1 représente en coupe transversale partielle une phase intermédiaire du procédé,de fabrication après les dépôts, s'effectuant sous vide et en nappes de grande surface immédiatement les uns après les autres, des trois couches 3, 4 et 5. Bien entendu, la couche photosensible, réalisée ici en silicium amorphe, est constituée de façon usuelle de couches de base, par exemple suivant une structure pin ou aussi seulement pn, en vue de la production par incidence de lumière de porteurs de charge et séparation des porteurs de charge ainsi produits. Ces couches de base peuvent être déposées les unes après les autres, par exemple au moyen de procédés à décharge lumineuse connus A partir d'une atmosphère contenant du silane. Pour le dépôt de la première couche d'électrode 3 réalisée en un oxyde conducteur transparent ainsi que de la seconde couche d'électrode 5 constituée par une mince couche de métal, on peut aussi utiliser des procédés sous vide connus, par exemple évaporation sous vide ou pulvérisation. Dans les phases suivantes du procédé, en vue de la structuration de la seconde couche d'électrode 5 ainsi que de la couche photosensible 4 sous-jacente, on enlève des zones prédéterminées 6 et 7. Cela peut se faire avantageusement par attaque chimique, par exemple en utilisant un procédé de sérigraphie. En pareil cas, il est préférable de veiller à ce que la zone 6 à enlever de la seconde couche d'électrode 5 soit légèrement plus large que celle (7) de la couche photosensible 4 sous-jacente en silicium amorphe de manière que les bords 8 des zones restantes de la couche photosensible 4 dépassent légèrement les bords 9 des zones restantes de la seconde couche d'électrode 5. On peut ainsi empêcher que de la matière, en raison d'impuretés qu'on ne peut pas toujours éviter, ne tombe des bords de la seconde couche d'électrode 5 et, s'écoulant de façon incontrôlée le long des zones marginales de la couche photosensible 4, parvienne jusqu'à la première couche d'électrode 3 en court-circuitant pratiquement la cellule solaire correspondante. Comme autres procédés utilisables dans la pratique pour les structurations, s'effectuant l'une après l'autre, des deux couches supérieures, on peut employer des systèmes à tampon pour l'application du réactif ou l'aspersion au moyen d'un système de dosage à aiguille. Par un choix judicieux du produit réactif, on peut arriver à n'enlever les zones 6 et 7 qu'avec un seul réactif. Il suffit de garantir en pareil cas que la seconde couche d'électrode 5 sera un peu plus fortement attaquée que la couche photosensible 4, afin d'obtenir des bords 8 qui font légèrement saillie en-dehors des bords 9 des zones restantes de la seconde couche d'électrode 5. Un autre procédé pouvant être utilise pour la structuration de la couche photosensible 4 est l'enlèvement de matière au moyen d'une tête ultrasonique. Conformément à la figure 3, dans une phase consécutive du procédé, on enlève les zones 10 prédéterminées et relativement étroites de la première couche d'électrode 3, de préférence par un rayon laser ou par électro-érosion. Il est ainsi possible d'enlever sans difficulté une zone particulièrement étroite. Par la fenêtre ainsi pratiquée, on applique maintenant, conformément à la figure 4, une masse isolante de préférence tout d'abord visco-élastique qui recouvre les zones marginales 9 et 8 de la seconde couche d'électrode 5 ainsi que de la couche photosensible 4 et qui s'étend dans la fenêtre de la première couche d'électrode 3. La masse isolante 11 peut être appliquée à l'aide d'un procédé de sérigraphie ou analogue. Pour finir, dans une dernière phase du procédé, on applique sur la masse isolante 11, conformément à la figure 5, une pâte électriquement conductrice 12, par exemple une pâte conductrice en argent, qui se solidifie après l'application et qui relie alors la zone marginale 13 d'une cellule solaire 14 à la première couche d'électrode dénudée 16 de la cellule solaire voisine 15. L'application de la pâte 12 électriquement conductrice peut, par exemple, s'effectuer en utilisant des procédés de sérigraphie, mais on peut aussi utiliser des systèmes à tampon et des systèmes de dosage à aiguille. Le mode opératoire selon l'invention concrétisé ici par un exemple de réalisation représente dans son ensemble un procédé de fabrication simplement structuré et économique. En particulier, la possibilité d'applications successives de trois couches en nappes de grande surface au cours d'un processus ininterrompu sous vide constitue un réel progrès. La suite des opérations qui en découle des autres phases du procédé conduit tout naturellement et sans détours superflus au résultat escompté. Cette façon de procéder n'est pas seulement limitée à la fabrication de ces modules de cellules solaires dans lesquels les couches photosensibles sont réalisées en silicium amorphe. Elle peut aussi être utilisée pour d'autres structures à couches minces de type connu, par exemple pour les TFT (transistors à couches minces) ou pour les capteurs photo-électriques de grande surface. L'avantage que l'on peut en retirer se fait particulièrement sentir lorsqu'on dépose sous vide les trois couches de grande surface par des procédés qui appartiennent à l'état de la technique et qui peuvent maintenant être groupés en un seul procédé ininterrompu sous vide. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un module intégré de cellules solaires à couches minces qui sont montées en série et qui comportent respectivement, sur un substrat, une suite de couches constituées par une première couche d'électrode, par une couche photosensible composée de couches de base, ainsi que par une seconde couche d'électrode, la première couche d'électrode et la couche photosensible étant tout d'abord déposées l'une après l'autre en nappes de grande surface sur le substrat et les couches déposées étant structurées par enlèvements successifs de zones de couches prédéterminées en vue de la séparation et du raccordement des différentes cellules solaires, caractérisé par le fait qu'après le dépôt de la couche photosensible (4), on dépose la seconde couche d'électrode (5) également en nappe de grande surface sur cette dernière et que c'est seulement ensuite que l'on procède à la structuration nécessaire (6,7,10) des trois couches (5,4,3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour la structuration, on enlève tout d'abord les zones prédéterminées (6) de la seconde couche d'électrode (5) et celles (7) de la couche photosensible (4), les bords (8) des zones restantes de la couche photosensible faisant saillie en-dehors des bords (9) des zones restantes de la seconde couche d'électrode (5). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'après l'enlèvement des zones prédéterminées (6,7) de la seconde couche d'électrode (5) ainsi que de la couche photosensible (4), on enlève d'abord les zones prédéterminées (10) de la première couche d'électrode (3), puis on applique les masses isolantes (11) recouvrant les bords (9,8) de la seconde couche d'électrode et de la couche photosensible (4) et s'étendant dans les fenêtres correspondant aux zones prédéterminées enlevées (10) de la première couche d'électrode, et, pour finir, on applique sur les masses isolantes (11) des pâtes conductrices (12) qui raccordent respectivement la zone marginale (13) de la seconde couche d'électrode (5) d'une cellule solaire (14) & la première couche d'électrode dénudée (16) de la cellule solaire voisine (15). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on enlève par attaque chimique les zones prédéterminées (6,7) de la seconde couche d'électrode (5) et de la couche photosensible (4). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on applique les masses isolantes -(11) et les pâtes conductrices (12) au moyen d'un procédé de sérigraphie.