Brevet FR3100381A1 — publié le 20210305

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'une cellule photo- voltaïque Domaine technique [0001] L'invention se rapporte au domaine technique des cellules photovoltaïques. [0002] L'invention trouve notamment son application dans la fabrication de cellules photo- voltaïques de type PERT (« Passivated Emitter Rear Totally-diffitsed » en langue anglaise). État de l'art [0003] Un procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque connu de l'état de la technique, notamment du document FR 3 035 740, comporte les étapes : a0) prévoir une structure comprenant : - un substrat à base de silicium cristallin, présentant une première surface et une seconde surface opposée ; - une première couche diélectrique, comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface du substrat ; - une deuxième couche diélectrique, comprenant des atomes de phosphore ou d'arsenic, et formée sur la seconde surface du substrat ; b0) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à : - diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique sous la première surface du substrat, de manière à former une première région semi-conductrice dopée destinée à être en contact avec une électrode ; - diffuser les atomes de phosphore ou d'arsenic depuis la seconde couche diélectrique sous la seconde surface du substrat, de manière à former une seconde région semiconductrice dopée destinée à être en contact avec une électrode. 100041 Un tel procédé de l'état de la technique permet de limiter le nombre d'étapes à exécuter grâce à la co-diffusion des atomes de bore et de phosphore/arsenic, et à la conservation des première et deuxième couches diélectriques après l'étape 110). A cet égard, l'étape 110) est exécutée sous une atmosphère oxydante afin d'augmenter la passivation de la structure et autoriser la conservation des première et deuxième couches diélectriques. Par « passivation », on entend la neutralisation de défauts électriquement actifs aux première et seconde surfaces du substrat. En effet, le substrat à base de silicium cristallin comporte une densité de défauts (e.g. liaisons pendantes, impuretés, discontinuité du cristal...) pouvant entraîner des pertes non négligeables liées à la recombinaison en surface des porteurs dans le cas d'une application photovoltaïque. 100051 Cependant, un tel procédé de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisant 2 en termes de passivation de la structure. L'homme du métier recherche à améliorer les performances de la cellule photovoltaïque avec des valeurs de tension de circuit ouvert V, les plus élevées possible. Exposé de l'invention [0006] 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 surface opposée ; - une première couche diélectrique, comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface du substrat ; - un film d'oxyde tunnel, formé sur la seconde surface du substrat ; - une couche de polysilicium, formée sur le film d'oxyde tunnel ; - une deuxième couche diélectrique, comprenant des atomes de phosphore et/ou d'arsenic, et formée sur la couche de polysilicium ; h) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à : - diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique sous la première surface du substrat, de manière à former une première région semi-conductrice dopée destinée à être en contact avec une électrode ; - diffuser les atomes de phosphore et/ou d'arsenic depuis la deuxième couche diélectrique dans la couche de polysilicium, de manière à doper la couche de polysilicium, la couche de polysilicium dopée étant destinée à être en contact avec une électrode E. [0007] Ainsi, un tel procédé selon l'invention permet d'augmenter les valeurs de tension de circuit ouvert V. par rapport à l'état de la technique grâce à la présence du film d'oxyde tunnel et de la couche de polysilicium qui permettent une excellente passivation de la seconde surface du substrat. Le film d'oxyde tunnel permet de limiter la diffusion des atomes de phosphore et/ou d'arsenic depuis la couche de polysilicium vers la seconde surface du substrat. En d'autres termes, le film d'oxyde tunnel agit comme une barrière de diffusion aux atomes de phosphore/arsenic vers le substrat. Le film d'oxyde tunnel permet donc de doper suffisamment la couche de polysilicium en phosphore et/ou en arsenic lors de l'étape b) afin d'obtenir un contact électrique, et ce sans nécessiter une augmentation du budget thermique de l'étape b). Une augmentation du budget thermique lors de l'étape b) ne serait en effet pas souhaitable car elle augmenterait également la profondeur de diffusion des atomes de bore sous la première surface du substrat, et dégraderait donc la valeur de tension de circuit ouvert V,,,. La 3 prise de contact électrique sur la couche de polysilicium dopée pourra s'effectuer par exemple par sérigraphie. [0008] Par ailleurs, le film d'oxyde tunnel permet de s'affranchir de difficultés liées aux pro- fondeurs de diffusion différentes entre les atomes de bore et les atomes de phosphore/ arsenic lors de leur co-diffusion de l'étape h), ces difficultés pouvant avoir lieu dans l'état de la technique. [0009] Définitions [0010] - Par « substrat », on entend le support mécanique, autoporté, destiné à la fabrication d'une cellule photovoltaïque. [0011] - Par « cristallin », on entend la forme multicristalline ou la forme monocristalline du silicium, excluant donc le silicium amorphe. [0012] - Par « à base de », on entend que le matériau correspondant est le matériau principal et majoritaire composant le substrat (ou la couche). [0013] - Par « diélectrique », on entend que la couche présente une conductivité électrique à 300 K inférieure à 10 e S/cm. [0014] - Par « film d'oxyde tunnel », on entend un oxyde suffisamment fin pour autoriser la circulation d'un courant électrique en son sein par effet tunnel. [0015] Le procédé selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. [0016] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel est un oxyde de silicium ou un oxyde d'aluminium. [0017] Par « oxyde de silicium », on entend l'oxyde de silicium de formule Si02 (dioxyde de silicium) ou ses dérivés SiO' non-stoechiométriques. [0018] Par « oxyde d'aluminium », on entend l'oxyde d'aluminium de formule A1201 (alumine) ou ses dérivés AlO, non-stoechiométriques. [0019] Ainsi, un avantage procuré par de tels oxydes est leur propriété de barrière de diffusion aux atomes de phosphore/arsenic. [0020] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel est un oxyde de silicium formé sur la seconde surface du substrat par voie thermique. [0021] Ainsi, un avantage procuré est d'améliorer la densité de l'oxyde de silicium par rapport à un oxyde de silicium formée par voie chimique, ce qui améliore les propriétés de barrière de diffusion aux atomes de phosphore/arsenic. [0022] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel est un oxyde d'aluminium formé sur la seconde surface du substrat par un dépôt de couches atomiques. [0023] Le dépôt de couches atomiques est classiquement désigné par l'acronyme ALD pour Atornic Laver Deposition » en langue anglaise. [0024] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel présente une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm. [0025] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que : - le film d'oxyde tunnel est un oxyde d'aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm ; - la structure comprend un film additionnel d'oxyde tunnel formé entre la première surface du substrat et la première couche diélectrique, le film additionnel d'oxyde tunnel étant un oxyde d'aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm. [0026] Ainsi, un avantage procuré par l'oxyde d'aluminium, formant le film additionnel d'oxyde tunnel, est de faiblement affecter la diffusion des atomes de bore en son sein, ce qui permet de ne pas dégrader significativement la conductance latérale de la première région semi-conductrice dopée, contrairement à un oxyde de silicium. En effet, un oxyde de silicium agit comme une barrière de diffusion aux atomes de bore. [0027] Par conséquent, l'utilisation d'un oxyde d'aluminium pour le film d'oxyde tunnel et pour le film additionnel d'oxyde tunnel permet de simplifier la mise en oeuvre du procédé en autorisant leur formation simultanée de part et d'autre du substrat, ce qui réduit le temps d'opération. [0028] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que la première couche diélectrique est à base d'un oxynitrure de silicium SiO'Ny vérifiant 0 REVENDICATIONS[Revendication 1] 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 première couche diélectrique (2), comprenant des atomes de bore, et formée sur la première surface (10) du substrat (1) ; - un film d'oxyde tunnel (3), formé sur la seconde surface (11) du substrat ; - une couche de polysilicium (4), formée sur le film d'oxyde tunnel (3) ; - une deuxième couche diélectrique (5), comprenant des atomes de phosphore et/ou d'arsenic, et formée sur la couche de polysilicium (4) ; b) appliquer un traitement thermique à la structure de manière à : - diffuser les atomes de bore depuis la première couche diélectrique (2) sous la première surface (10) du substrat (1), de manière à former une première région semi-conductrice dopée (100) destinée à être en contact avec une électrode (E) ; - diffuser les atomes de phosphore et/ou d'arsenic depuis la deuxième couche diélectrique (5) dans la couche de polysilicium (4), de manière à doper la couche de polysilicium (4), la couche de polysilicium dopée étant destinée à être en contact avec une électrode (E). [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel (3) est un oxyde de silicium ou un oxyde d'aluminium. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel (3) est un oxyde de silicium formé sur la seconde surface (11) du substrat (1) par voie thermique. [Revendication 4] Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel (3) est un oxyde d'aluminium formé sur la seconde surface (11) du substrat (1) par un dépôt de couches atomiques. [Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que le film d'oxyde tunnel (3) présente une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm. [Revendication 6] Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que 13 - le film d'oxyde tunnel (3) est un oxyde d'aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm ; - la structure comprend un film additionnel (3') d'oxyde tunnel formé entre la première surface (10) du substrat (1) et la première couche diélectrique (2), le film additionnel (3') d'oxyde tunnel étant un oxyde d'aluminium présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm. [Revendication 7] Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que la première couche diélectrique (2) est à hase d'un oxynitrure de silicium SiO,N, vérifiant 0