Brevet FR2639475A1 — publié le 19900525

PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF PHOTOVOLTAIQUE La présente invention concerne de façon générale un procédé de fabrication d'un dispositif photovoltalque, et elle porte plus particulièrement sur un procédé de fa- brication d'un dispositif photovoltaique comprenant un en- semble de cellules photovoltaiques connectées en série les unes avec les autres, qui sont formées sur un ensemble de zones sur un seul substrat isolant. Les figures lA-lD sont des vues en plan qui il- lustrent un procédé de fabrication d'un dispositif photo- voltaîque qui est décrit dans la publication de brevet du Japon n 62-76786. En considérant la figure 1A, on note qu'un ensem- ble de premières électrodes 3a, 3b et 3c sont respective- ment formées sur un ensemble de zones de cellule 2a, 2b et 2c, sur un substrat isolant 1 de forme rectangulaire. Les premières électrodes 3a, 3b'et 3c comportent des premiers prolongements respectifs 3ae, 3be et 3ce pour une connexion électrique, le long du côté inférieur du substrat 1. En considérant la figure lB, on note que les pre- mières électrodes 3a, 3b et 3c sont recouvertes par une couche de semiconducteur photo-actif 4. La couche de semi- conducteur 4 comprend une jonction pn ou une jonction pin, parallèle aux premières électrodes 3a, 3b et 3c. En considérant la figure 1C, on note qu'un fais- ceau d'énergie tel qu'un faisceau laser ou un faisceau d'électrons est projeté sur la couche de semiconducteur 4, le long du côté inférieur du substrat, pour former ainsi un sillon 4a qui pénètre dans la couche de semiconducteur 4. Le sillon 4a traverse chacun des premiers prolongements 5ae, 5be et 5ce. Autrement dit, une partie de chacun des premiers prolongements 3ae, 3be et 3ce est mise à nu à l'intérieur du sillon 4a. En considérant la figure 1D, on note qu'un ensem- ble de secondes électrodes 5a, 5b et 5c sont formées sur la couche de semiconducteur 4, respectivement dans l'ensemble de zones de cellule 2a, 2b et 2c. Les secondes électrodes a, 5b et 5c comportent respectivement des seconds prolon- gements 5ae, 5be et 5ce pour une connexion électrique, le long du côté inférieur du substrat 1. En outre, une élec- trode de connexion de sortie 6 est formée sur la couche de semiconducteur 4 de façon à recouvrir le premier prolonge- ment 3ae de la première électrode 3a, à l'extrémité gauche du substrat rectangulaire. I1 en résulte que l'électrode de connexion de sortie 6 est connectée par l'intermédiaire du sillon 4a au premier prolongement 3ae de la première électrode 3a, à l'extrémité gauche. D'autre part, le second prolongement ae de la seconde électrode 5a à l'extrémité gauche, est connecté par l'intermédiaire du sillon 4a au premier pro- longement 3be de la première électrode 3b, au centre du substrat. De façon similaire, le second prolongement 5be de la seconde électrode 5b au centre est connecté au pre- mier prolongement 3ce des premières électrodes 3c, à l'ex- trémité droite du substrat. Autrement dit, il est formé un dispositif photovoltaique dans lequel trois cellules photo- voltaiques se trouvant dans les zones de cellule respecti- ves 2a, 2b et 2c sont mutuellement connectées en série. Lorsque la lumière entre dans la couche de semi- conducteur photo-actif 4 par le côté du substrat, les pre- mières électrodes 3a, 3b et 3c constituées par un oxyde conducteur transparent sont formées sur le substrat isolant transparent 1. Au contraire, lorsque la lumière entre dans la couche de semiconducteur 4 par le côté opposé, les se- condes électrodes 5a, 5b et 5c sont constituées par l'oxyde conducteur transparent. Dans le procédé de fabrication qui est décrit pour le dispositif photovoltaique de l'art antérieur, lors- que le sillon 4a est formé au moyen d'un faisceau d'énergie, on peut craindre que des particules du semiconducteur soient dispersées et restent ensuite sur la couche de semiconduc- teur 4. Les particules de semiconducteur qui sont interca- lées entre la couche de semiconducteur 4 et les secondes électrodes 5a, 5b et 5c ont un effet nuisible sur les ca- ractéristiques du dispositif photovoltalque. En outre, la couche de semiconducteur 4 est expo- sée à son environnement pendant une longue durée au cours de l'étape de formation du sillon 4a par le faisceau laser. Il y a donc un risque que la surface de la couche de semi- conducteur 4 soit oxydée, absorbe de l'eau ou soit contami- née par de la poussière, des matières grasses, des huiles ou autres. La pellicule d'oxyde, l'eau, la contamination, etc. qui en résultent sur la surface de la couche de semi- conducteur 4 ont un effet nuisible non seulement sur les caractéristiques électriques du dispositif photovoltalque, mais également sur un contact électrique entre les secondes électrodes 5a, 5b et 5c et la couche de semiconducteur 4. En outre, du fait que les premiers prolongements respectifs 3ae, 3be et 3ce des premières électrodes 3a, 3b et 3c sont à nu dans le sillon 4a qui est formé, ces par- ties à nu sont susceptibles d'être contaminées avant la formation des secondes électrodes 5a, 5b et 5c. Compte tenu de l'art antérieur décrit ci-dessus, un but de l'invention est de procurer un procédé de fabri- cation d'un dispositif photovoltaique dans lequel la surfa- ce d'une couche de semiconducteur et des parties de conne- xion d'électrodes soient moins susceptibles d'être contami- nées. Conformément à l'invention, un procédé de fabri- cation d'un dispositif photovoltaique dans lequel un ensem- ble de cellules photovoltalques sont connectées en série sur un substrat isolant, comprend les opérations suivantes: on forme un ensemble de premières électrodes sur un ensem- ble de zones de cellule sur le substrat isolant, les pre- mières électrodes comportant respectivement des premiers prolongements, de façon à permettre de réaliser des conne- xions en série; on recouvre l'ensemble de premières élec- trodes par une couche de semiconducteur photo-actif; on forme un ensemble de secondes électrodes dans l'ensemble de zones de cellule sur la couche de semiconducteur, les se- condes électrodes comportant respectivement des seconds prolongements, dont des parties au moins recouvrent les premiers prolongements, de façon à permettre la réalisation de connexions en série; et on forme les connexions en série en irradiant avec un faisceau d'énergie les régions dans lesquelles les seconds prolongements recouvrent les pre- miers prolongements. Ainsi, conformément au procédé de l'invention, du fait qu'on peut former les secondes électrodes immédiate- ment après la formation de la couche de semiconducteur, il est possible de minimiser l'oxydation et la contamination de la surface de la couche de semiconducteur. En outre, du fait que les secondes électrodes sont déjà formées par ir- radiation au moyen du faisceau d'énergie, des particules de semiconducteur dispersées par le faisceau ne sont pas in- tercalées entre la couche de semiconducteur et les secondes électrodes. De plus, du fait qu'aucun des premiers prolon- gements n'est à nu dans un sillon qui est formé dans la couche de semiconducteur, il n'y a aucun risque de contami- nation des premiers prolongements, du fait de leur mise à nu. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, don- nés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexés sur lesquels: Les figures lA-1D sont des vues en plan qui il- lustrent un procédé de fabrication d'un dispositif photo- voltaique de l'art antérieur; Les figures 2A-2C sont des vues en plan qui il- lustrent un procédé de fabrication d'un dispositif photo- voltaique conforme à un mode de réalisation de l'invention; et Les figures 3A-3C sont des vues en plan qui il- lustrent un autre mode de réalisation de l'invention. Les figures 2A-2C illustrent un procédé de fabri- cation d'un dispositif photovoltalque, conforme à un mode de réalisation de l'invention, dans lequel un ensemble de cellules photovoltaiques sont connectées en série sur un substrat isolant. En considérant la figure 2A, on note qu'on prépa- re un substrat isolant transparent 11, consistant en un verre ou en une matière plastique capable de résister à la chaleur. Le substrat 11 est rectangulaire et un ensemble de premières électrodes 13a, 13b et 13c sont formées sur ce substrat, respectivement sur un ensemble de zones de cellu- le 12a, 12b et 12c qui sont disposées dans une direction longitudinale. Les premières électrodes 13a, 13b et 13c comportent respectivement des premiers prolongements 13ae, 13be et 13ce, pour permettre l'établissement de connexions électriques, le long du côté inférieur du substrat 11. Le premier prolongement 13be de la première électrode 13b, au centre, a la forme d'une lettre L retournée, et il s'étend dans la zone de cellule 12a à l'extrémité gauche, avec une largeur d'environ 0,3 mm. Dee façon similaire, le premier prolongement 13ce de la première électrode 13c à l'extrémi- té droite, s'étend dans la zone de cellule centrale 12b. Les premières électrodes 13a, 13b et 13c sont constituées par une seule couche ou par plusieurs couches d'un oxyde transparent conducteur, tel qu'un oxyde d'étain (SnO2), ou un oxyde d'indium-étain (ITO). En considérant la figure 2B, on note que les pre- mières électrodes 13a, 13b et 13c sont recouvertes par une couche de semiconducteur photo-actif 14. On peut former la couche de semiconducteur 14 en déposant du silicium amorphe (a-Si), du carbure de silicium amorphe (a-SiC), du silicium- germanium amorphe (a-SiGe) et/ou une substance similaire, par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD) par plasma, ou le procédé photo-CVD, employant un gaz qui contient un composé de silicium, tel que SiH4, ou SiF4. Une jonction pn ou une jonction pin parallèle aux premières électrodes 13a, 13b et 13c est formée dans la couche de se- miconducteur 4. En considérant la figure 2C, on note que des se- condes électrodes 15a, 15b et 15c sont respectivement for- mées dans les zones de cellule 12a, 12b et 12c, et ces se- condes électrodes 15a, 15b et 15c recouvrent respectivement les premières électrodes 13a, 13b et 13c. Les secondes électrodes 15a, 15b et 15c comportent des seconds prolonge- ments respectifs 15ae, 15be et 15ce, pour permettre l'éta- blissement de connexions électriques, le long du côté infé- rieur du substrat 1. Le second prolongement 15ae de la se- conde électrode 15a à l'extrémité gauche s'étend dans la zone de cellule centrale 12b et recouvre le premier prolon- gement 13be de la première électrode 13b. Le second prolon- gement 15ae a une taille inférieure à celle du premier pro- longement 13be et il est réalisé avec une forme en peigne. De façon similaire, le second prolongement 15be de la se- conde électrode centrale 15b recouvre le premier prolonge- ment 13ce de la première électrode 13c, dans la zone de cellule 12c, à l'extrémité droite. En outre, une électrode de connexion de sortie 16 ayant une forme en peigne est formée de façon à recouvrir le premier prolongement 13ae de la première électrode 13a dans la zone de cellule 12a à l'extrémité gauche. L'électrode de connexion de sortie 16 a également une taille inférieure à celle du premier prolon- gement 13ae. On peut former les secondes électrodes 15a, 15b et 15c, et l'électrode de connexion de sortie 16, en sé- chant à environ 150 C un motif d'une pâte conductrice im- primé par une opération de sérigraphie. La pâte conductrice peut comprendre Ag, Ni, Cu et/ou des corps similaires, à titre de charge, et du phénol, de l'époxy, du polyester et/ ou des corps similaires, à titre de liant. En outre, les secondes électrodes 15a, 15b et 15c peuvent être consti- tuées par des motifs d'une couche de métal formée par exem- ple par evaporation ou électrodéposition. On peut employer Al, Ti, Ni, TiAg ou des corps similaires pour de tels mo- tifs de la couche de métal. Enfin, on connecte électriquement en série trois cellules voltaiques dans les zones de cellule respectives 12a, 12b et 12c, par balayage d'un faisceau d'énergie tel qu'un faisceau laser ou un faisceau d'électrons, de façon qu'il traverse l'électrode de connexion de sortie 16 et les seconds prolongements 15ae et 15be le long du côté infé- rieur du substrat 1, comme le montre la flèche sur la figu- re 2C. Ainsi, des parties de la couche de semiconducteur 14 dans des régions irradiées par le faisceau d'énergie sont enlevées et, simultanément, l'électrode de connexion de sortie 16 est soudée au premier prolongement 13ae de la première électrode 13a à l'extrémité gauche. De façon simi- laire, le second prolongement 14ae de la seconde électrode S15a à l'extrémité droite est soudé au premier prolongement 13be de la première électrode centrale 13b, et le second prolongement 15be de la seconde électrode centrale 15b est soudé au premier prolongement 13ce de la première électrode 13c à l'extrémité droite. Le motif qui est formé en em- ployant la pâte conductrice a tendance a être plus mince dans ses régions de bords que dans sa région intérieure. Lorsque l'électrode de connexion de sortie 16 et les se- conds prolongements 15ae et 15be sont épais (à titre d'exemple, ils deviennent inévitablement épais lorsqu'ils sont formés à partir d'une pâte conductrice qui est impri- mée par l'opération de sérigraphie), il est nécessaire d'employer un faisceau d'énergie ayant une énergie élevée pour faire fondre ces électrodes et ces prolongements. L'électrode de connexion de sortie 16 et les seconds pro- longements 15ae et 15be sont donc formés avec une forme en peigne, et le faisceau d'énergie est ainsi balayé de façon à traverser les dents de ces peignes. Ceci permet de faire en sorte que l'électrode de connexion de sortie 16 et les seconds prolongements 15ae et 15be fondent au moins sur les deux bords des dents de chaque peigne. On peut employer de préférence un laser YAG dopé au néodyme fonctionnant en mo- de déclenché, à titre de source du faisceau d'énergie. Dans le dispositif photovoltaique de la figure 2C comprenant l'ensemble de cellules connectées en série, on peut utiliser la puissance de sortie qui est disponible en- tre l'électrode de connexion de sortie 16 et le second pro- longement 15ce de la seconde électrode 15c à l'extrémité droite. Les figures 3A-3C illustrent un autre mode de réalisation de la présente invention. En considérant la figure 3A, on note qu'un ensem- ble de premières électrodes 23a, 23b et 23c, qui sont res- pectivement formées sur un ensemble de zones de cellule 22a, 22b et 22c sur un substrat 21, comportent des premiers prolongements 23ae, 23be et 23ce le long de leurs bords gauches respectifs. En considérant la figure 3B, on note que les pre- mières électrodes 23a, 23b et 23c sont recouvertes par une couche de semiconducteur 24. En considérant la figure 3C, on note que des se- condes électrodes 25a, 25b et 25c sont formées sur la cou- che de semiconducteur 24, respectivement dans l'ensemble de zones de cellule 22a, 22b et 22c. Les secondes électrodes 25a, 25b et 25c comportent des seconds prolongements 25ae, be et 25ce le long de leurs côtés droits respectifs. Le second prolongement 25ae de la seconde électrode 25a à l'extrémité gauche, est formé avec une forme en peigne et il recouvre le premier prolongement 23be de la première électrode 23b, au centre. De façon similaire, le second prolongement 25be de la seconde électrode centrale 25b re- couvre le premier prolongement 23ce de la première électro- de 23c à l'extrémité droite. En outre, une électrode de connexion de sortie 26 en forme de peigne est formée de façon à recouvrir le premier prolongement 23ae de la pre- mière électrode 23a à l'extrémité gauche. Enfin, comme le montrent les flèches sur la figu- re 3C, on projette le faisceau d'énergie en lui faisant accomplir un balayage transversalement aux dents de peigne de l'électrode de connexion de sortie 26 et des seconds prolongements 25ae et 25be. Trois cellules photovoltaiques formées dans les zones de cellule respectives 22a, 22b et 22c sont donc connectées mutuellement en série. Comme décrit ci-dessus, du fait que dans le pro- cédé de l'invention, les secondes électrodes peuvent être formées immédiatement après la formation de la couche de semiconducteur, on peut minimiser l'oxydation ou la conta- mination de la surface de la couche de semiconducteur. En outre, du fait que les secondes électrodes sont déjà for- mées au moment de l'irradiation par le faisceau d'énergie, aucune particule de semiconducteur dispersée n'est interca- lée entre la couche de semiconducteur et les secondes élec- trodes. De plus, du fait qu'aucun des premiers prolonge- ments n'est à nu dans le sillon formé dans la couche de se- miconducteur, il n'y a aucun risque que les premiers pro- longements ne soient contaminés par la mise à nu. Bien qu'on ait décrit dans les modes de réalisa- tion ci-dessus le procédé de fabrication du dispositif pho- tovoltaîque dans lequel trois cellules photovoltaïques sont connectées en série, il est évident que l'invention est également applicable à un procédé de fabrication d'un dis- positif photovoltaique dans lequel un nombre arbitraire de cellules photovoltaiques sont connectées en série. Il va de soi que de nombreuses autres modifica- tions peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l. Procédé de fabrication d'un dispositif photo- voltaique dans lequel un ensemble de cellules photovoltal- ques sont connectées en série sur un substrat isolant, ca- ractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on forme un ensemble de premières électrodes (13a, 13b, 13c; 23a, 23b, 23c) sur un ensemble de zones de cellule (12a, 12b, 12c; 22a, 22b, 22c) sur le substrat isolant (11; 21), ces premières électrodes comportant respectivement des premiers prolongements (13ae, 13be, 13ce; 23ae, 23be, 23ce), de façon à permettre la réalisation des connexions en série; on recouvre l'ensemble de premières électrodes par une cou- che de semiconducteur photo-actif (14; 24); on forme un en- semble de secondes électrodes (15a, 15b, 15c; 25a, 25b, 25c) sur la couche de semiconducteur, respectivement dans l'ensemble de zones de cellule, ces secondes électrodes comportant respectivement des prolongements (15ae, 15be, ce; 25ae, 25be, 25ce), dont des parties au moins recou- vrent les premiers prolongements correspondants, de façon à permettre la réalisation des connexions en série; et on forme les connexions en série en irradiant avec un faisceau d'énergie les régions dans lesquelles les seconds prolonge- ments recouvrent les premiers prolongements. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on irradie avec le faisceau d'énergie au moins des parties de bords des régions dans lesquelles les seconds prolongements (15ae, 15be, 15ce; 25ae, 25be, 25ce) recou- vrent les premiers prolongements (13ae, 13be, 13ce; 23ae, 23be, 23ce). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds prolongements (15ae, 15be, 15ce; 25ae, be, 25ce) comprennent respectivement des parties en forme de peigne qui recouvrent les premiers prolongements (13ae, 13be, 13ce; 23ae, 23be, 23ce); et on balaie le faisceau d'énergie transversalement à un ensemble de dents du peigne. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme les secondes électrodes (15a, 15b, 15c; a, 25b, 25c) par impression au moyen d'une pâte conduc- trice, par une opération de sérigraphie. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme les secondes électrodes (15a, 15b, 15c; a, 25b, 25c) par évaporation. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau d'énergie consiste en un faisceau laser. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source du faisceau laser est un laser YAG dopé au néodyme fonctionnant en mode déclenché. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau d'énergie consiste en un faisceau d'électrons.