Brevet FR2880900A1 — publié le 20060721

SUPPORT ALLONGE SENSIBLEMENT PLAN DESTINE A LA FABRICATION D'UNE BANDE A BASE DE SILICIUM POLYCRISTALLIN L'invention concerne un support allongé sensiblement plan destiné à 5 la fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin. L'objet de l'invention est de réaliser des bandes de silicium pour la fabrication de cellules photovoltaïques en silicium. Un premier procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur un tel support, est réalisé au moyen d'un creuset contenant un bain de silicium fondu, ledit support étant destiné à être plongé au moins partiellement dans le bain et à traverser sensiblement verticalement dans le sens de la longueur la surface d'équilibre du bain. Ce procédé, appelé procédé RST (pour Ruban de silicium sur Substrat de carbone Temporaire), est décrit dans plusieurs documents de brevets, par exemple FR 2 386 359, FR 2 550 965 ou FR 2 568 490. Le support est constitué d'un ruban primaire en graphite naturel expansé et laminé, revêtu entièrement d'un film protecteur de graphite pyrolytique de texture lamellaire de quelques micromètres d'épaisseur. Ce revêtement est classiquement réalisé à haute température comprise entre 1900 et 2200 C, dans un four isotherme, par pyrolyse sous pression réduite de composés carbonés. L'élimination ultérieure du support de carbone ainsi inséré entre deux couches de silicium se fait typiquement par brûlage à haute température à partir des chants du ruban obtenu, par exemple ouverts par découpe laser. Un second procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur un support est réalisé au moyen d'un apport de silicium fondu, ledit support étant destiné à être déplacé sensiblement horizontalement dans le sens de la longueur et à recevoir le silicium sur une de ses faces longitudinales. Ce procédé est par exemple décrit dans le document de brevet FR 2 529 189. Le support peut être du même type que précédemment et est tiré horizontalement et recouvert de façon asymétrique. Le silicium est finalement déposé sur une seule face du support. Un tel support connu présente des avantages. Le revêtement de graphite pyrolytique de texture lamellaire résiste parfaitement au silicium fondu pendant l'opération de dépôt, sur des périodes d'au moins 20 secondes. Cette excellente résistance, qui minimise la formation de carbure de silicium à des épaisseurs nanométriques, permet ultérieurement de brûler complètement le substrat à haute température vers 800 ou 1200 C et de préparer des couches de silicium auto supportées. Ce type de substrat permet en tirage vertical symétrique, selon le procédé RST , d'obtenir de part et d'autre du support des films de silicium dont l'épaisseur peut être ajustée entre 50 et 300 dam, voire moins. Le ruban de carbone primaire est aujourd'hui le substrat le moins cher disponible sur le marché. Cependant, un tel support connu présente les problèmes techniques suivants. Selon le premier procédé, l'opération ultérieure de brûlage du support est longue et limite en pratique la largeur des bandes à une dizaine de centimètres. Une alternative consisterait à séparer les deux couches de silicium, par des voies mécaniques par exemple, afin d'accélérer considérablement l'opération de brûlage. De telles voies de séparation qui impliquent la mise en oeuvre de manipulations délicates, sont très difficilement réalisables, compte tenu de la fragilité des couches de silicium. Le second procédé par tirage horizontal consiste à déposer un film de silicium à partir d'un bain situé au-dessus du support de carbone. Dans cette configuration, la face arrière du support n'est pas exposée au silicium et ne doit donc pas nécessairement être revêtue d'un film protecteur. L'utilisation d'un support revêtu sur ses deux faces longitudinales de graphite pyrolytique entraîne un surcoût significatif inutile du support. Le but de l'invention est de proposer un support allongé sensiblement plan destiné à la fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin qui puisse être utilisé pour la mise en oeuvre de ces deux procédés, à tirage sensiblement vertical ou à tirage sensiblement horizontal, tout en résolvant les problèmes techniques évoqués ci-dessus. Pour ce faire l'invention propose un support allongé sensiblement plan destiné à la fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin et comprenant un ruban primaire en un premier matériau, caractérisé en ce que ledit ruban primaire est constitué d'au moins deux rubans dits secondaires superposés et faiblement adhérents. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits rubans secondaires sont co-laminés. De préférence, ledit ruban primaire est revêtu sur ses deux faces longitudinales d'un second matériau protecteur. Avantageusement, le premier matériau est à base de graphite naturel expansé et laminé. Avantageusement, le second matériau est du graphite pyrolytique de texture lamellaire. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur un support tel que précisé plus haut, au moyen d'un creuset contenant un bain de silicium fondu, ledit support étant destiné à être plongé au moins partiellement dans le bain et à traverser sensiblement verticalement dans le sens de la longueur la surface d'équilibre du bain, caractérisé en ce qu'il comporte également une étape ultérieure de séparation desdits rubans secondaires recouverts de silicium. Selon un mode de réalisation préféré, ladite étape de séparation est suivie d'une étape de brûlage des rubans secondaires. Avantageusement, ladite étape de séparation est précédée d'une 30 étape de découpe des bords desdits rubans secondaires recouverts de silicium. Grâce à l'invention, la durée de l'opération de brûlage est réduite d'un ordre de grandeur, de l'ordre d'une heure à quelques minutes. Des rubans de largeur supérieure peuvent être utilisés, permettant la réalisation de plaques de silicium de plus grande largeur. De préférence, une machine pour la mise en oeuvre en continu de ce procédé, comprend dans cet ordre ledit creuset, un dispositif de tirage dudit support recouvert de couches à base de silicium polycristallin, un dispositif de séparation des rubans secondaires et un dispositif de brûlage de ces rubans secondaires. L'invention concerne enfin un procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur une partie d'un support tel que précisé plus haut, au moyen d'un apport de silicium fondu, ladite partie de support étant destinée à être déplacée sensiblement horizontalement dans le sens de la longueur et à recevoir le silicium sur une de ses faces longitudinales, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préliminaire de séparation desdits rubans secondaires dudit support. Grâce au support conforme à l'invention, il est possible de réaliser ainsi des films de silicium particulièrement minces, dont l'épaisseur peut être ajustée entre 200 et 250 pm, voire moins. Selon l'art antérieur, ces films sont d'une épaisseur de l'ordre de 350 à 450 pm, voire plus. Selon un mode de réalisation préféré, le procédé comporte également une étape de brûlage du ruban secondaire. Grâce à l'invention, le coût du ruban de carbone est réduit d'un facteur proche de deux. L'invention permet, grâce à un brûlage rapide à haute température de minimiser l'épaisseur de la couche de silicium à des valeurs très inférieures à celle couramment obtenues par les procédés actuels. L'invention est particulièrement adaptée à un tirage continu. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe et en perspective illustrant le premier procédé de fabrication conforme à l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'une machine de fabrication conforme à l'invention. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale illustrant le second procédé de fabrication conforme à l'invention. Comme illustré sur la figure 1, un premier procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur un support 1 est réalisé au moyen d'un creuset 2 contenant un bain de silicium fondu 3, le support étant destiné à être plongé au moins partiellement dans le bain et à traverser dans le sens représenté par la flèche 5 sensiblement verticale, dans le sens de la longueur, la surface d'équilibre du bain 4. Pour ce faire, le support 1 traverse une fente 6 agencée dans le fond du creuset 2 et se recouvre à la surface d'équilibre 4 d'une couche de silicium 7A, 7B sur chacune de ses faces longitudinales. Selon l'invention, le support 1 qui est représenté en détail sur la figure 1 comprend un ruban primaire en un premier matériau constitué d'au moins deux rubans secondaires 1A, 1A' superposés et faiblement adhérents et revêtu d'un second matériau protecteur 1B, 1 B'. Avantageusement, cette faible adhérence est réalisée par co-laminage des deux rubans secondaires, dont les conditions sont choisies pour assurer le degré d'adhérence voulu. Le support 1 est une structure symétrique avec un revêtement complet, sur les deux faces longitudinales 1B, 1B' et sur les bords, par le second matériau protecteur. De préférence, les rubans secondaires 1A, 1A' sont constitués d'un matériau à base de graphite naturel expansé et laminé et le matériau 25 protecteur est du graphite pyrolytique de texture lamellaire. Les deux rubans secondaires 1A, 1A' remplissent des conditions particulières, qui ne contreviennent pas aux avantages de la solution connue: faible coût du ruban primaire et contraintes thermo-élastiques minimales induites dans les couches de silicium 7A, 7B. Ces conditions se traduisent par une masse surfacique et une épaisseur totale minimale. Un ruban primaire connu a une masse surfacique de l'ordre de 160 g/cm2 pour une épaisseur de l'ordre de 250 pm. Le ruban primaire sera obtenu par colaminage de deux rubans secondaires 1A, 1A' de façon à approcher au mieux ces caractéristiques pour le tirage vertical. Des contraintes moins sévères sur la densité surfacique sont néanmoins réalisables et encore avantageuses pour le cas des couches de silicium épaisses. En sortie de cette phase de dépôt, illustrée sur la figure 1, est réalisée une étape ultérieure de séparation des rubans secondaires 1A, 1A' recouverts de silicium. Cette séparation peut se faire par simple décollage, après élimination du silicium sur les bords des rubans. L'ouverture du champ du ruban par exemple par découpe laser, permet de séparer en deux le support 1 recouvert de silicium. Cette séparation est assistée par des forces internes: sous l'effet des contraintes induites dans le carbone par la contraction des couches de silicium, le ruban composite se sépare en deux suivant le plan d'accolage des rubans secondaires 1A, 1A'. Dans une première variante, la séparation se fait suivant un procédé continu, en ligne avec le tirage. Elle est réalisée sur le ruban extrait du bâti de tirage avant que les contraintes thermo-élastiques induites dans les couches de silicium 7A, 7B ne deviennent trop importantes c'està-dire à température élevée, par exemple vers 800 C. Les deux faces de carbone étant alors dégagées, l'opération de brûlage des rubans secondaires et de leur matériau protecteur peut être conduite aussitôt et facilement. Les deux bandes de silicium 7A, 7B séparées des rubans secondaires sont ainsi extraites en continu. Dans ce cas, une machine pour la mise en oeuvre en continu de ce procédé est schématisée sur la figure 2 et comprend dans cet ordre le creuset 2, un dispositif de tirage 10 du support recouvert de couches à base de silicium polycristallin, un dispositif de séparation 11 des rubans secondaires recouverts chacun d'une couche à base de silicium polycristallin et un dispositif de brûlage 12 de ces rubans secondaires et de leur matériau protecteur. Dans une seconde variante, adaptée à un procédé discontinu, la séparation est pratiquée avant l'opération de brûlage sur des bandes composite de grande longueur, qui ont préalablement subi le refroidissement à une température qui peut atteindre la température ambiante et éventuellement divers traitements. Comme illustré sur la figure 3, un procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur un support 1' est réalisé, au moyen d'un apport de silicium fondu 3, le support étant destiné à être déplacé dans le sens de la flèche 5' sensiblement horizontale, dans le sens de la longueur et à recevoir le silicium sur une de ses faces longitudinales. Selon ce procédé, un support 1 comme représenté sur la figure 1 est initialement utilisé. Ce support 1 qui est représenté en détail sur la figure 1 comprend un ruban primaire en un premier matériau constitué d'au moins deux rubans secondaires 1A, 1A' faiblement adhérents et revêtu d'un second matériau protecteur 1 B, 1B'. Avantageusement, cette faible adhérence est réalisée par co-laminage des deux rubans secondaires, dont les conditions sont choisies pour assurer le degré d'adhérence voulu. Le support 1 est une structure symétrique avec un revêtement complet, sur les deux faces longitudinales 1B, 1B' et sur les bords, par du graphite pyrolytique de texture lamellaire. De préférence, les rubans secondaires 1A, 1A' sont constitués d'un matériau à base de graphite naturel expansé et laminé et le matériau protecteur est du graphite pyrolytique de texture lamellaire. Préalablement à la phase de dépôt illustrée sur la figure 3, les rubans secondaires 1A, 1A' sont séparés et chaque moitié 1' de ce support initial 1 est utilisée séparément et recouverte sur sa face supérieure revêtue de matériau protecteur 1B de silicium 3 Cette séparation est effectuée par simple ouverture du chant du support 1. Ceci peut être réalisé par voie mécanique à grande vitesse sur des machines de découpe industrielles ou plus lentement par découpe laser. Le ruban secondaire 1A (ou 1 A') avec son matériau protecteur 1B (ou 1 B') est ensuite brûlé pour obtenir un film de silicium. 8 REVENDICATIONS 1. Support (1) allongé sensiblement plan destiné à la fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin et comprenant un ruban primaire en un premier matériau, caractérisé en ce que ledit ruban primaire est constitué d'au moins deux rubans (1A, 1A') dits secondaires superposés et faiblement adhérents. 2. Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits rubans secondaires (1A, 1A') sont co-laminés. 3. Support selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ruban primaire est revêtu sur ses deux faces longitudinales d'un second matériau protecteur (1 B, 1 B'). 4. Support selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier matériau est à base de graphite naturel expansé et laminé. 5. Support selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le second matériau est du graphite pyrolytique de texture lamellaire. 6. Procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur un support (1) selon l'une des revendications précédentes, au moyen d'un creuset (2) contenant un bain de silicium fondu (3), ledit support étant destiné à être plongé au moins partiellement dans le bain et à traverser sensiblement verticalement dans le sens de la longueur la surface d'équilibre du bain (4), caractérisé en ce qu'il comporte également une étape ultérieure de séparation desdits rubans secondaires (1A, 1A') recouverts de silicium. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite étape de séparation est suivie d'une étape de brûlage des rubans secondaires (1A, 1A'). 8. Procédé de fabrication selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite étape de séparation est précédée d'une étape de découpe des bords desdits rubans secondaires (1A, 1A') recouverts de silicium. 9. Machine pour la mise en oeuvre en continu du procédé selon la revendication 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend dans cet ordre ledit creuset (2) , un dispositif de tirage (10) dudit support recouvert de couches à base de silicium polycristallin, un dispositif de séparation (11) des rubans secondaires (1A, 1A') et un dispositif de brûlage (12) de ces rubans secondaires. 10. Procédé de fabrication d'une bande à base de silicium polycristallin par dépôt sur une partie d'un support (1) selon l'une des revendications 1 à 5, au moyen d'un apport de silicium fondu (3) , ladite partie de support étant destinée à être déplacé sensiblement horizontalement dans le sens de la longueur et à recevoir le silicium sur une de ses faces longitudinales, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préliminaire de séparation desdits rubans secondaires (1A, 1A') dudit support. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte également une étape de brûlage du ruban secondaire (1A ou 1A').