Brevet FR2627013A1 — publié le 19890811

GENERATEUR PHOTOVOLTAIQUE A SEMICONDUCTEURS REALISE SUR UN SUBSTRAT DE PARAMETRE DE MAILLE DIFFERENT L'invention concerne un générateur photovoltaïque à semiconducteurs réalisé sur un substrat de paramètre de maille différent de celui des matériaux semiconducteurs du générateur photovoltaÏque . Les générateurs photovoltaïques trouvent des applica tions préférentielles dans l'lndustrie spatiale. Cependant dans l'envfronnement spatial ces générateurs sont soumis à des épreuves telles que des radiations radioactives qui peuvent perturber leur fonctionnement. Les générateurs photovoltaïques à base de silicium semblent être parmi les moins coûteux mais ils ne possèdent un rendement quantique que de 20% et on observe dans ces générateurs une dégradation rapide des cellules dans l'espace à cause de la sensibilité du silicium aux radiations radioactives. Les générateurs photovoltaïques à base d'arséniure de gallium (Ga As) sont plus utilisés dans l'industrie spatiale. Ils présentent généralement un rendement atteignant 25% et sont moins sensibles aux rayonnements radioactifs que les générateurs à base de silicium. Cependant les problèmes du rendement de ces générateurs et de leur sensibilité aux radiations radioactives restent cruciaux même dans les générateurs à base de Ga As. C'est pourquoi l'invention concerne un générateur photovoltaïque présentant les avantages suivants - un rendement meilleur comparé aux générateurs exis tante - une meilleure insensibüité aux radiations radloacti - une possibilité de fabrication en grande surface - une moins grande fragilité - une bonne conductibilité thermique - un coût réduit. L'invention concerne donc un générateur photovoltaïque à semiconducteurs comportant, sur un substrat, une couche de confinement, laquelle est recouverte par une couche active, elle-même recouverte par une couche de contact, la couche de contact possédant en outre au moins un premier contact métallique et le substrat possédant également au moins un deuxième contact métallique, caractérisé en ce que - le substrat est en silicium dopé d'un premier type (n+ ou p - la couche de confinement est en phosphure d'indium (InP) dopé du même type que le substrat (n+ ou - la couche active est en phosphure d'indium non dopé, - la couche de contact est en phosphure d'indium dopé d'un deuxième type (p + ou n+) différent du premier type - le générateur photovoltaïque possède en outre entre le substrat et la couche de confinement au moins une couche d'adaptation. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple non limitatif en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, un exemple de réalisation du générateur photovoltaïque selon l'invention; - la figure 2, une variante de réalisation du générateur photovoltaïque selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on va décrire un exemple de réalisation du générateur photovoltaïque selon l'invention. Le- générateur comporte, sur un substrat 1 en silicium monocristallin dopé du type n+, une couche de confinement 2 en phosphure d'indium (@@@) dopé n+, une couche active @ en phosphure d'indium non dopée ou faiblement dopée n et une + couche de contact 4 en phosphure d'indium dopé p En effet, selon l'invention on prévoit d'utiliser le phosphure d'indium pour la couche de confinement 2, la couche active 3 et la couche de contact 4. On obtient ainsi un générateur photovoltaïque ayant un bon rendement (dépassant 30%) et présentant une bonne insensibilité aux rayonnements radioactifs. Le fait d'utiliser un substrat en silicium permet d'obtenir un générateur peu coûteux et d'avoir une bonne dissipation thermique. Cependant la croissance de la couche de confinement 2 sur le substrat I donne lieu à des dislocations en raison des différences de mailles entre le silicium et le phosphure dtin- dium. Pour permettre la réalisation d'un tel dispositif, l'lnven- tion prévoit en outre, entre la couche de confinement 2 et le substrat 1, une couche d'adaptation ou réseau d'adaptation 7 appelé également super-réseau. Ce réseau d'adaptation comporte une alternance de couches de phosphure d'indium 70.1, 70.2, . 70.n et de couches d'un matériau semiconducteur 71.1, 71.2, .. 71 n dont le paramètre de maille est sensiblement égal à celui du silicium. A titre d'exemple, le matériau utilisé pour les couches 71.1, 71.2, . 71.n pourra être au choix - du phosphure d'arsénic, de gallium et d'indium, et on aura alors un super-réseau InP/Ga In As P; - du phosphure de gallium et on aura alors un super-réseau InP/Ga P - du phosphure d'indium et de gallium et on aura alors un super-réseau InP/Ga InP. Pour réaliser une bonne adaptation une dizaine de couches de chaque type (70.1 à 70.n d'une part et 71.1 à 71.n d'autre part) convient avec des couches d'épaisseurs sensiblement égales conduisant à une épaisseur du super-réseau 7 pouvant atteindre environ 1000 Angstroems par exemple. A titre d'exemple de réalisation on peut également indiquer que - la couche de confinement 2 peut avoir une épaisseur de 1 à 5 micromètres et être dopée à 1018 par cm3 - la couche active 3 peut avoir une épaisseur de 1 à 10 micromètres, - la couche active 3 peut avoir une épaisseur de 1 à 10 micromètres, - la couche de contact å une épaisseur de 1000 Angstroems et est dopée å 1018 par cm3. Un tel générateur photovoltaïque peut être réalisé par épitaxie sur une plaquette de substrat silicium par un procédé d'épitaxie tel que par - MOCVD = Epitaxie en phase vapeur d'organométalliques; - MOMBE = épitaxie par jet moléculaire d'organométalliques. On peut ainsi réaliser des générateurs sur des plaquettes de substrat silicium pouvant atteindre 8 pouces de diamètre et obtenir des cellules de cette dimension. La surface supérieure 40 de la couche de contact 4 possède un élément de contact électrique 5. Selon un exemple de réallsation préféré, cet élément 5 est disposé à la périphérie de la surface 40 et entoure cette surface 40. Par exemple dans le cas d'une surface 40, de forme circulaire dans le cas où le dispositif est réalisé sur une plaquette 1 circulaire, le contact 5 a la forme d'une couronne. La lumière permettant le fonctionnement du générateur photovoltaïque accède ainsi à la couche active selon le chemin indiqué par les flèches F. La surface inférieur 10 du substrat 1 possède également un élément de contact électrique 6. Pour des raisons d'efficacité, cet élément 6 recouvre de préférence toute la surface 10. Les éléments de contact 5 et 6 permettent les con nexions électriques vers des organes utilisateurs non représen tés . Selon l'exemple de réalisation de la figure 1, l'élément de contact 5 est en matériau à base d'or et de zinc (Au-Zn) et l'élément de contact 6 est en matériau à base d'or et de germanium (Au-Ge). Selon une variante de réalisation représentée en fi~ gure 2, le substrat 1 en silicium peut être dopé de type p La couche de confinement 2 est alors également dopé p, tandis que la couche de contact 4 est dopé n Le contact 5 est alors réalisé h base d'or et de germa nium et le contact 6 est réalisé à base d'or et de zinc. On obtient ainsi en raison de l'utilisation d'un substrat silicium, un dispositif qui présente l'avantages d'être - moins fragile; - moins épais, la densité du silicium étant plus faible ce qui permet d'amincir la structure et de réduire le poids - meilleur dissipateur thermique - plus économique - réalisable en grande surface. La réalisation avec du phosphure d'indium apporte les avantages - d'un meilleur rendement - d'une meilleure insensibilité aux rayonnements radioactifs. Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'a titre d'exemple non limitatif. Les exemples numériques, notamment, et les types de matériaux utilisables n'ont été indiquées que pour illustrer la description D'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Générateur photovoltaïque à semiconducteurs comportant, sur un substrat (1), une couche de confinement (2), laquelle est recouverte par une couche active (3), elle-même recouverte par une couche de contact (4), la couche de contact(4) possédant en outre au moins un premier contact métallique (5) et le substrat possédant également au moins un deuxième contact métallique (6), caractérisé en ce que - le substrat est en silicium dopé d'un premier type (n+ ou p ), - la couche de confinement (2) est en phosphure d'in dlum (InP) dopé du même type que le substrat (n ou p ), - la couche active (3) est en phosphure d'indium non dopé ou faiblement dopé, - la couche de contact (4) est en phosphure d'indium dopé d'un deuxième type (p + ou n+) différent du premier type - le générateur photovoltaïque possède en outre, entre le substrat et la couche de confinement (2), au moins une couche d'adaptation (7). 2. Générateur photovoltaïque selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (1) est en silicium dopé de type n, la couche de confinement est en phosphure d'indium dopé de type n et la couche de contact en phosphure d'in + dium dopé de type p 3. Générateur photovoltaïque selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (1) est en silicium dopé de type p, la couche de confinement en phosphure d'indium dopé de type p, la couche de confinement en phosphure d'indium dopé de type p+ et la couche de contact en phosphure dtin- + dlum dopé de type n 4.Générateur photovoltaïque selon la revendication 2, caract4rise en ce que le premier contnct métallique 5} sst en alliage d'or et zinc (Au-Zn) et le deuxième contact métallique (6) est un alliage d'or et de germanium (Au-Ge). 5. Générateur photovoltaïque selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier contact métallique (5) est en alliage d'or et de germanium (Au-Ge) et le deuxième contact métallique (6) est un alliage d'or et de zinc (Au-Zn). 6.GEénérateur photovoltaïque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'adaptation (7) est un super-réseau d'adaptation comportant une alternance de couches (70.1 à 70.n) de phosphure d'indium et de couche (71.1 à 71.nu d'un matériau semiconducteur ayant un paramètre de maille proche de celui du silicium et permettant une adaptation de la couche de confinement (2) sur le substrat. 7. Générateur photovoltaïque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le super-réseau (7) est une alternance de couches (70.1 à 70.n) de phosphure d'indium (InP) et de couches (71.1 à 71.n) de phosphure d'arséniure d'indium et de gallium (Ga In As P). 8. Générateur photovoltaïque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le super-réseau (7) est une alternance de couches (70.1 à 70. n) de phosphure d'indium et de couches (71.1 à 71.n) d'arséniure d'indium et de gallium (Ga In As). 9. Générateur photovoltaïque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le super-réseau (7) est une alternance de couches (70.1 à 7O.n) de phosphure d'indium (InP) et de couches (71.1 à 71.n) de phosphure de gallium (GaP). 10. Générateur photovoltaïque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le super-réseau (7) est une alternance de couches de (70.1 à 70.n) de phosphure d'indium (InP) et de couches (71.1 à 71.n) de phosphure d'indium et de gallium (Ga In P).