Brevet FR3059468A1 — publié le 20180601

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE Domaine technique L'invention se rapporte au domaine technique des cellules photovoltaïques. L'invention trouve notamment son application dans la fabrication de cellules photovoltaïques de type PERT (PassivatedEmitterRearTotally-desed en langue anglaise). Etat de la technique antérieure Un procédé connu de l'état de la technique, notamment du document « Codesed bifacial n10 type Solar Cells (CoBiN) », P. Rothhardt et al., Energia Procedia, vol. 55, 2014, 287-294, comporte les étapes : a0) prévoir un substrat semi-conducteur réalisé dans un matériau à base de silicium cristallin dopé de type n, le substrat comportant une première surface et une seconde surface opposée, 15 1)0) former une première couche diélectrique à la première surface du substrat, la première couche diélectrique comportant des atomes de bore, le substrat et la première couche diélectrique formant une structure, c0) appliquer un recuit thermique à la structure sous une atmosphère contenant du POC13 adapté pour : 20 - diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique sous la première surface du substrat de manière à former une première zone semi-conductrice, la première zone semi-conductrice formée par les atomes de bore diffusés étant destinée à être en contact avec une électrode, - diffuser les atomes de phosphore issus du POC13 sous la seconde surface du substrat de 25 manière à former une deuxième zone semi-conductrice, la deuxième zone semi-conductrice formée par les atomes de phosphore diffusés étant destinée à être en contact avec une électrode. La première couche diélectrique formée lors de l'étape b0) comporte une première sous-couche réalisée dans un matériau à base d'un oxyde de silicium SiO. et une deuxième sous-30 couche réalisée dans un matériau à base d'un verre borosilicate (BSG). La première couche diélectrique est formée par un dépôt chimique en phase vapeur à pression atmosphérique. L'exécution de l'étape c0) s'accompagne de la formation d'une couche d'un verre phosphosilicate (PSG) à la seconde surface du substrat. 3059468 2 Puis le BSG et le PSG sont retirés par gravure après l'étape c0) avec une solution à base d'acide fluorhydrique. Ainsi, après la gravure du BSG et du PSG et le nettoyage des première et seconde surfaces du substrat, une première et une deuxième couches de passivation sont formées respectivement à la première et à la seconde surfaces du substrat. La première 5 couche de passivation comporte une première sous-couche d'alumine et une deuxième sous-couche de nitrure de silicium SiNx. La deuxième couche de passivation comporte une première sous-couche d'oxynitrure de silicium SiO.Ny et une deuxième sous-couche de nitrure de silicium SiNx. Un tel procédé de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisant dans la mesure 10 où il comporte un nombre important d'étapes à exécuter. En particulier, la formation puis la suppression du BSG et du PSG introduisent une complexité et un temps d'opération non négligeable dans la mise en oeuvre de ce procédé. Exposé de l'invention 15 L'invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes : a) prévoir une structure comprenant : - un substrat à base de silicium cristallin, présentant une première surface et une seconde 20 surface opposée ; - une couche à base d'alumine, formée à la première surface du substrat, et présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm ; - une première couche diélectrique, à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Gly Selon une caractéristique de l'invention, la couche à base d'alumine présente une épaisseur comprise entre 2 nm et 10 nm. Ainsi, une telle gamme d'épaisseur donne les meilleurs résultats en termes de sur-dopage du silicium en bore, se manifestant par une faible résistance électrique à la première surface du substrat. Selon une caractéristique de l'invention, la cellule photovoltaïque comporte une couche à base d'un oxynitrure de silicium SiOXNY vérifiant Clx 0,05, de 20 préférence hydrogéné, formée sur la seconde couche diélectrique. Ainsi, une telle couche additionnelle permet à la fois d'améliorer la passivation de la seconde surface, de former une couche optique dite antireflet, de par une épaisseur adaptée, et d'empêcher l'exo-diffusion des atomes de phosphore ou d'arsenic hors de la seconde couche diélectrique. 25 Selon une caractéristique de l'invention, la couche additionnelle présente une épaisseur inférieure ou égale à 80 nm. Selon une caractéristique de l'invention, le substrat est dopé de type n ou p ; et la première 30 surface ou la seconde surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux. Ainsi, selon un premier mode de réalisation, le substrat est dopé de type n et la première surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux de manière à former une architecture à émetteur standard. 3059468 9 Selon un deuxième mode de réalisation, le substrat prévu est dopé de type n et la seconde surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux de manière à former une architecture à émetteur inversé. Selon un troisième mode de réalisation, le substrat est dopé de type p et la première 5 surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux de manière à former une architecture à émetteur inversé. Selon un quatrième mode de réalisation, le substrat est dopé de type p et la seconde surface du substrat est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux de manière à former une architecture à émetteur standard. 10 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l'exposé détaillé de différents modes de réalisation de l'invention, l'exposé étant assorti d'exemples et de référence aux dessins joints. 15 Figures la à 1g sont des vues schématiques en coupe illustrant différentes étapes d'un procédé selon l'invention. Figures 2 à 5 sont des vues schématiques en coupe de cellules photovoltaïques selon l'invention, les flèches indiquant la face de la cellule destinée à être exposée à un rayonnement solaire. 20 Exposé détaillé des modes de réalisation Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification. 25 Comme illustré aux figures la à 1g, un objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes : a) prévoir une structure comprenant : - un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant une première surface 10 et une seconde surface 11 opposée ; 30 - une couche à base d'alumine 2, formée à la première surface 10 du substrat 1, et présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm ; - une première couche diélectrique 2', à base d'un oxynitrure de silicium SiOXNY vérifiant Oy REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, comportant les étapes : a) prévoir une structure comprenant : - un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant une première surface (10) et une seconde surface (11) opposée ; - une couche à base d'alumine (2), formée à la première surface (10) du substrat (1), et présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm ; - une première couche diélectrique (2'), à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Nly vérifiant 10 Gly 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche à base d'alumine (2) présente une épaisseur comprise entre 2 nm et 10 nm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comportant une étape c) consistant à former une 25 couche (20) à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Nly vérifiant 0 x 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la première couche diélectrique (2') présente une épaisseur comprise entre 3 nm et 50 nm, de préférence 30 comprise entre 20 nm et 35 nm. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les atomes de bore présentent une proportion atomique dans la première couche diélectrique (2') comprise entre 10% et 50%, de préférence comprise entre 10% et 30%, avant l'étape b). 35 3059468 16 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'oxynitrure de silicium de la première couche diélectrique (2') vérifie 0,2x0,5 et 0,05y0,15 avant l'étape b). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la seconde couche diélectrique 5 (3) est à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant 0 x 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'oxynitrure de silicium de la seconde couche diélectrique (3) vérifie 0 x 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les atomes de phosphore ou d'arsenic présentent une proportion massique dans la seconde couche diélectrique supérieure ou égale à 4%, de préférence comprise entre 10% et 30%. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle la seconde couche 15 diélectrique (3) présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 30 nm. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel l'étape b) est exécutée en appliquant un recuit thermique sous une atmosphère oxydante, le recuit thermique 20 présentant : - une valeur de température de recuit comprise entre 850°C et 950°C, de préférence comprise entre 900°C et 950°C, - une valeur de durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure, de préférence comprise entre 30 minutes et 1 heure. 25 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel les première et deuxième couches diélectriques (2', 3) sont conservées après l'étape b). 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel la structure prévue lors de 30 l'étape a) comporte une couche additionnelle (30) à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Clx 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la couche additionnelle (30) présente 35 une épaisseur inférieure ou égale à 80 nm. 3059468 17 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le substrat (1) de la structure prévue lors de l'étape a) est dopé de type n ou p ; et la première surface (10) ou la seconde surface (11) du substrat (1) est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux. 5 16. Cellule photovoltaïque, comportant : - un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant une première surface (10) et une seconde surface (11) opposée ; - des première et seconde régions semi-conductrices dopées (100, 110) s'étendant 10 respectivement sous la première surface (10) et sous la seconde surface (11) du substrat (1), la première région semi-conductrice dopée (100) comprenant des atomes de bore, la seconde région semi-conductrice dopée (110) comprenant des atomes de phosphore ou d'arsenic ; - une couche à base d'alumine (2), formée à la première surface (10) du substrat (1), présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm, et comprenant des atomes de bore 15 dans une proportion résiduelle ; - une première couche diélectrique (2'), à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Gly 17. Cellule photovoltaïque selon la revendication 16, dans laquelle la couche à base d'alumine (2) présente une épaisseur comprise entre 2 nm et 10 nm. 25 18. Cellule photovoltaïque selon la revendication 16 ou 17, comportant une couche (20) à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Clx 19. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 16 à 18, dans laquelle la 30 première couche diélectrique (2') présente une épaisseur comprise entre 3 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 20 nm et 35 nm. 20. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 16 à 19, dans laquelle la seconde couche diélectrique (3) est à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Clx 21. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 16 à 20, dans laquelle la seconde couche diélectrique (3) présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 30 nm. 5 22. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 16 à 21, comportant une couche additionnelle (30) à base d'un oxynitrure de silicium SiOXNY vérifiant Ox 23. Cellule photovoltaïque selon la revendication 22, dans laquelle la couche additionnelle (30) présente une épaisseur inférieure ou égale à 80 nm. 24. Cellule photovoltaïque selon l'une des revendications 16 à 23, dans laquelle le substrat (1) est dopé de type n ou p ; et la première surface (10) ou la seconde surface (11) du 15 substrat (1) est destinée à être exposée à un rayonnement lumineux.