Brevet FR3112429A1 — publié le 20220114

Fabrication de cellules solaires La présente description concerne un procédé de fabrication d'une cellule solaire, le procédé comprenant, dans l'ordre : la formation d'un oxyde tunnel (52) sur, au moins, une surface d'un substrat semiconducteur (50) ; la formation d'une couche dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel ; la formation d'un masque (56) sur la couche dopée ; et la mise en œuvre, dans une atmosphère gazeuse (62) contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité, d'un dopage d'au moins une première région (66) de la couche dopée en utilisant un laser. Figure pour l'abrégé : Fig. 26 Fabrication de cellules solaires La présente description concerne de façon générale les cellules solaires et, plus particulièrement, les structures de cellules solaires à contacts par la face arrière et leur procédé de fabrication. Les cellules solaires sont des dispositifs destinés à convertir la lumière du soleil en énergie électrique. Généralement, une structure de cellules solaires est basée sur la présence d'une région de type p et d'une région de type n sur le même substrat semiconducteur. Dans une cellule solaire à contacts par la face arrière, chaque région est couplée à des contacts métalliques sur la face arrière des cellules solaires pour permettre à un circuit ou à un dispositif électrique externe d'être couplé à et alimenté par la cellule solaire comme cela est décrit dans US2016/0351737 et dans US7468485. Il existe un besoin pour améliorer des cellules solaires et le procédé de fabrication des cellules solaires courantes, en particulier pour diminuer la durée du procédé. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des cellules solaires connues et de leur procédé de fabrication. Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'une cellule solaire, le procédé comprenant, dans l'ordre : la formation d'un oxyde tunnel sur, au moins, une surface d'un substrat semiconducteur ; la formation d'une couche dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel ; la formation d'un masque sur la couche dopée ; et la mise en œuvre, dans une atmosphère gazeuse contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité, d'un dopage d'au moins une première région de la couche dopée en utilisant un laser. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation de tranchées s'étendant dans le masque, dans l'oxyde tunnel et dans la couche dopée, après la formation du masque. Selon un mode de réalisation, des tranchées séparent les premières régions de la couche dopée des deuxièmes régions de la couche dopée. Selon un mode de réalisation, le gaz comporte du chlorure de phosphoryle. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la texturation du substrat semiconducteur sur une autre surface. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation d'un film de passivation sur la couche dopée, la couche de passivation recouvrant l'intérieur des tranchées. Un mode de réalisation prévoit une cellule solaire à contacts arrières interdigités ou IBC obtenue par le procédé décrit précédemment. Un mode de réalisation prévoit un panneau solaire comprenant des cellules solaires à contacts arrières interdigités. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la illustre une vue en coupe illustrant un exemple de cellule solaire ; la illustre une vue en coupe illustrant une étape d'un exemple de procédé de fabrication de la cellule solaire illustrée en ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une vue en coupe illustrant une cellule solaire selon un mode de réalisation de la présente description ; la illustre une vue en coupe illustrant une étape d'un procédé de fabrication d'une cellule solaire selon le mode de réalisation de la présente description ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; et la illustre une autre étape du procédé de fabrication de la ; De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. La est une vue en coupe illustrant un exemple d'une cellule solaire. La cellule solaire représentée en est constituée d'un substrat semiconducteur 10 ayant une partie de face avant destinée à recevoir un rayonnement solaire pendant un fonctionnement normal et une partie de face arrière où des contacts métalliques de la cellule solaire sont formés. La cellule solaire a une face avant texturée recouverte d'une couche dopée 37. La cellule solaire de la comporte des premières régions 32 d'un premier type de conductivité, telles que des régions de type p, et des deuxièmes régions 36 d'un deuxième type de conductivité, telles que des régions de type n, formées dans une couche non dopée 30B sur la face arrière du substrat 10. Une couche d'oxyde tunnel 20B peut être formée sur la face arrière du substrat 10, plus précisément, entre le substrat 10 et la couche non dopée 30B. La couche 37 est du deuxième type de conductivité. Des contacts métalliques 41 sont connectés aux régions 32 et 36 pour permettre à des circuits et dispositifs externes de recevoir une alimentation électrique provenant de la cellule solaire. La cellule solaire de la peut comporter des couches de passivation 38, 39 et 40 pour protéger la structure de dégâts électriques externes. Les figures 2 à 16 sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication de la cellule solaire illustrée en . Le procédé de fabrication du contact de la cellule solaire représentée en peut comprendre : la préparation (figure 2) du substrat semiconducteur 10 ; la formation (figure 3) d'une couche d'oxyde tunnel 20F sur une face avant 101 du substrat 10 et d'une autre couche d'oxyde tunnel 20B sur une face arrière 103 du substrat 10 ; la formation d'une couche semicondutrice 30F sur la face avant de la couche 20F et d'une autre couche semicondutrice 30B sur la face arrière de la couche 20B ; la formation (figure 4) d'une couche 31 sur la face arrière de la couche 30B, constituée d'une couche dopée, qui est formée sur toute la couche 30B, et d'une couche non dopée formée sur toute la couche dopée. La couche dopée comporte un dopant d'un premier type de conductivité (p ou n) ; la formation (figure 5) d'ouvertures 310 dans la couche 31 en utilisant, par exemple, un procédé de gravure humide ; la formation (figure 6) de zones 32 dans la couche 30B par la diffusion thermique de dopants de la couche 31 dans la couche 30B en utilisant un laser ; le dépôt (figure 7) d'une couche de masquage 33 tout autour de la structure ; le retrait (figure 8) de la couche de masquage 33 de la face avant de la structure et plus précisément de la face avant de la couche 30F et des côtés latéraux de la couche 30F, de la couche 20F et d'une partie du substrat 10 ; le retrait (figure 9) de la couche 20F et de la couche 30F et un procédé de texturation de la face avant de la couche 30F ; la formation (figure 10) d'ouvertures 34 dans la couche de masquage 33 ; le traitement (figure 11) sous une atmosphère gazeuse 35 contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité afin de former une zone 36 dans la couche 30B et une couche 37 sur la face avant du substrat 10 ; le retrait (figure 12) de la couche de masquage 33 ; le traitement thermique (figure 13) afin de diffuser le dopant de la zone 36 dans toute la profondeur de la couche 30B ; la formation (figure 14) d'un film de passivation et anti-réfléchissant 38 dans la face avant de la couche 37 ; la formation (figure 15) d'un film de passivation 39 dans la face arrière de la structure et d'un film de passivation 40 dans des côtés latéraux de la structure ; et la formation (figure 16) d'électrodes 41 sur la face arrière de la structure par une étape de gravure humide de la couche 39 et une étape de dépôt de métal. La est une vue en coupe illustrant une cellule solaire selon un mode de réalisation de la présente description. La cellule solaire illustrée en est constituée d'un substrat semiconducteur 50 ayant une partie de face avant destinée à recevoir un rayonnement solaire pendant un fonctionnement normal et une partie de face arrière où des contacts métalliques avec la cellule solaire sont formés. La cellule solaire a une face avant texturée couverte d'une couche dopée 64. La cellule solaire de la comporte une ou plusieurs régions 541 d'un premier type de conductivité, telles que des régions de type p, et une ou plusieurs régions 66 d'un deuxième type de conductivité, telles que des régions de type n, formées sur la face arrière du substrat 50. Une couche d'oxyde tunnel 52 peut être formée sur la face arrière du substrat 50, plus précisément, entre le substrat 50 et les régions 541, 66. Des contacts métalliques 76 et 78 sont connectés, respectivement, aux régions 541 et 66 pour permettre à des circuits et dispositifs externes de recevoir une alimentation électrique provenant de la cellule solaire. La cellule solaire de la peut comporter des couches de passivation 70, 72, 74 pour protéger la structure de dégâts électriques externes. De plus, la cellule solaire représentée en peut comporter des régions 66 et des régions 541, des tranchées 60, entre les régions 66 et les régions 541, et, dans le substrat 50, une faible profondeur du substrat 68 dopée avec les dopants du deuxième type de conductivité. La illustre une étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. Dans le présent mode de réalisation, le substrat 50 est un substrat semiconducteur, par exemple une tranche de silicium, de préférence dopé avec un dopant de type n tel que du phosphore (P), ou avec un dopant de type p tel que du gallium (Ga) ou du bore (B). Le substrat 50 a une face avant 501 et une face arrière 503. La face avant 501 est la face de la cellule solaire destinée à recevoir des rayonnements solaires. Le substrat 50 est aminci jusqu'à une épaisseur de, par exemple, environ 240 µm en utilisant un procédé qui élimine également par gravure des dégâts des surfaces de la tranche (gravure de défauts de sciage – SDE). La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , une couche d'oxyde tunnel 52 est formée sur la face arrière 503 et, par exemple, sur la face avant du substrat. La couche d'oxyde tunnel 52 est formée afin d'être suffisamment mince pour augmenter la probabilité de passage direct d'électrons par effet tunnel à travers la couche d'oxyde tunnel 52. La couche d'oxyde tunnel 52 peut avoir une épaisseur d'environ 7 Angströms à environ 20 Angströms. Selon un mode de réalisation, la couche d'oxyde tunnel 52 a une épaisseur d'environ 10 Angströms. La couche d'oxyde tunnel 52 peut être formée, par exemple, par croissance thermique ou par dépôt chimique (par exemple, dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD) ou dépôt chimique en phase vapeur basse pression (LPCVD)). La couche d'oxyde tunnel 52 peut être formée en utilisant un procédé d'oxydation à l'ozone, qui implique de creuser le substrat 50 dans un bain comprenant de l'ozone suspendu dans de l'eau déionisée. Par exemple, le substrat 50 peut subir tout d'abord une gravure humide utilisant de l'hydroxyde de potassium pour amincir le substrat 50, puis un cycle de rinçage-nettoyage, puis le procédé d'oxydation d'ozone pour former une couche d'oxyde tunnel 52 entièrement dans le même équipement. Pendant le procédé d'oxydation d'ozone, une couche d'oxyde tunnel croît sur les deux faces du substrat 50. Selon une variante de mode de réalisation, une couche d'oxyde tunnel 52 peut également être formée en utilisant d'autres procédés sans diminuer les avantages de la présente description. La illustre une autre étape de la fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , une couche dopée 54, par exemple une couche de silicium polycristallin dopée p, est formée sur la couche d'oxyde tunnel 52. La couche de silicium polycristallin 54 peut avoir une épaisseur d'environ 2000 Angströms. La couche de silicium polycristallin peut être déposée sur l'oxyde tunnel 52 par PECVD ou LPCVD en utilisant du trichlorure de bore ( ) ou du diborane ( ) avec du silane ( ). La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , une couche de masquage 56 est formée sur la couche 54, sur la face avant et sur la face arrière, afin d'envelopper complètement la structure de la . La couche de masquage 56 peut être utilisée dans un procédé ultérieur de gravure par laser (figures 23 et 24) exposant des parties de la couche 54. La couche de masquage 56 peut être formée, par exemple, par croissance thermique ou par dépôt chimique (PECVD ou LPCVD). Toutefois, différents autres procédés peuvent être appliqués pour former la couche de masquage 56. La couche de masquage 56 peut être constituée d'un matériau choisi pour être un matériau non dopé n'ayant aucun dopant conducteur et pour sa capacité à empêcher la diffusion du dopant de conductivité n. Dans un exemple, la couche de masquage 56 peut être une seule couche comportant un oxyde de silicium ( ), un nitrure de silicium ( ), un oxynitrure de silicium ( ), du silicium amorphe intrinsèque, ou du carbure de silicium (SiC). En particulier, lorsque la couche de masquage 56 est une seule couche constituée de carbure de silicium, la couche de masquage 56 peut efficacement empêcher la diffusion du dopant. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , la couche de masquage 56 est retirée de la face avant (du côté de la face avant 501 du substrat 50) et, par exemple, d'une partie des côtés latéraux de la structure. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire selon le mode de réalisation de la présente description. En , la couche de masquage 56 est retirée de la face arrière (de la face arrière du substrat 50) dans certaines zones afin de créer des ouvertures 58 à travers la couche de masquage 56 et la couche 54. Dans le présent mode de réalisation, deux ouvertures 58 sont réalisées dans la couche de masquage 56, toutefois, le nombre d'ouvertures peut être différent de deux. Chaque ouverture a une largeur comprise entre 30 nm et 200 µm et une profondeur approximativement égale à l'épaisseur de la couche de masquage 56. Les ouvertures 58 sont, par exemple, réalisées en utilisant un laser. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , la face avant 501 du substrat 50 est texturée. La face avant 501 peut être texturée en utilisant un procédé de gravure humide ou un autre procédé de gravure chimique comprenant, par exemple, de l'hydroxyde de potassium et de l'alcool isopropylique ou une solution de TMAH (hydroxyde de tétraméthylammonium). Le procédé de gravure humide texture la face avant 501 avec des pyramides aléatoires, améliorant ainsi avantageusement l'efficacité de collecte du rayonnement solaire. En , la couche de masquage 56 est utilisée pendant la gravure de la couche de dopant de type p 54 et de la couche d'oxyde tunnel 52. Selon un mode de réalisation, la couche 54, la couche 52 et le substrat 50 sont configurés en utilisant un procédé de gravure humide comprenant de l'acide fluorhydrique tamponné, de l'hydroxyde de potassium avec de l'alcool isopropylique ou une solution de TMAH (hydroxyde de tétraméthylammonium). Le procédé de gravure humide grave des parties de la couche 54, de la couche d'oxyde tunnel 52 et du substrat 50 non recouvertes par la couche de masquage 56. Le procédé de gravure humide grave afin de créer des tranchées 60 qui s'étendent depuis les ouvertures 58 dans la couche 54, dans la couche d'oxyde tunnel 52 et dans le substrat 50. Les tranchées 60 séparent des régions de la couche 54 afin de former des régions 541 et 542 qui sont formées dans la couche 54. Selon un mode de réalisation, la face avant 501 du substrat semiconducteur 50 est texturée avant que les tranchées 60 soient formées Toutefois, le mode de réalisation n'est pas limité à cela. Ainsi la face avant 501 du substrat semiconducteur 50 peut être texturée après que les tranchées 60 sont formées ou dans un procédé séparé. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. La structure représentée en figure 24 est, en figure 25, placée dans une atmosphère gazeuse 62 contenant un dopant de conductivité de type n. L'atmosphère gazeuse 62 peut être créée en utilisant divers gaz contenant le dopant de conductivité de type n. Dans un exemple, lorsque le dopant conducteur est le phosphore (P), l'atmosphère gazeuse 62 peut comporter du trichlorure de phosphoryle ( ). A ce stade, la face avant 501 du substrat semiconducteur 50 peut être dopée avec le dopant de conductivité de type n. Ainsi, une zone de champ de surface avant 64 peut également être formée pendant le procédé de dopage. Toutefois, le mode de réalisation de la présente description n'est pas limité à cela. Ainsi, pendant le procédé de dopage, un film anti-diffusion peut être formé sur la surface avant 501 du substrat semiconducteur 50 de sorte qu'aucune zone de champ de surface avant 64 ne soit formée pendant le procédé de dopage. En pareil cas, la zone de champ de surface avant 64 peut être formée par un procédé séparé choisi parmi différents procédés comportant, par exemple, une implantation ionique, une diffusion thermique, ou un dopage par illumination laser. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. La illustre le dopage des régions 542 afin de créer des régions 66. Le procédé de dopage des régions 66 est effectué en utilisant un laser. Des régions 68 sont formées pendant ce procédé de dopage. Des zones de champ 64 peuvent également être réalisées pendant la présente étape de dopage, toutes deux sous . Le laser peut avoir une longueur d'onde de 1064 nm ou moins. Cela est dû au fait qu'il est difficile de produire un laser ayant une longueur d'onde dépassant 1064 nm. Autrement dit, n'importe quelle longueur d'onde parmi la lumière infra-rouge, la lumière ultra-violette et la lumière visible peut être utilisée en tant que laser. A ce jour, dans un exemple, le laser peut être un laser ayant une longueur d'onde dans une plage allant de 500 nm à 650 nm, c'est-à-dire un laser vert. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , le substrat 50 est dopé en utilisant le laser mentionné en . Selon un mode de réalisation, le substrat 50 est dopé en même temps que le dopage de la région 542. A ce stade, le masque 56 est retiré et la structure est sortie de l'atmosphère gazeuse 62. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , un film isolant 70 est formé sur la surface avant du substrat semiconducteur 50. Le film isolant 70 comporte un film de passivation de surface avant et un film anti-réfléchissant qui sont formés sur la surface avant de la couche 64. Par exemple, le film de passivation de surface avant et le film anti-réfléchissant sont formés sur toute la surface avant de la couche 64. Le film de passivation de surface avant et le film anti-réfléchissant peuvent être formés en utilisant divers procédés tels que, par exemple, un dépôt sous vide, un dépôt chimique en phase vapeur, un revêtement par centrifugation, une sérigraphie, ou un revêtement par pulvérisation. La séquence de formation du film de passivation avant et du film anti-réfléchissant n'est pas définie. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. En , des films isolants 72 et 74 sont formés respectivement sur la surface arrière et sur la surface latérale de la structure. Par exemple, le film de passivation de surface arrière 72 est formé sur toute la surface arrière de la structure. Le film de passivation de surface arrière 72 peut être formé en utilisant divers procédés tels que, par exemple, un dépôt sous vide, un dépôt chimique en phase vapeur, un revêtement par centrifugation, une sérigraphie, ou un revêtement par pulvérisation. La illustre une autre étape de fabrication d'une cellule solaire à contacts selon le mode de réalisation de la présente description. La illustre la formation de première et deuxième électrodes 76 et 78, qui sont connectées respectivement aux régions conductrices 541 et 66. Les première et deuxième électrodes 76 et 78 peuvent être formées en appliquant une pâte, sur la surface arrière, par exemple, par sérigraphie, puis en réalisant, par exemple, un contact par diffusion thermique ou par illumination laser. La surface arrière est gravée, par exemple le film de passivation 72 est gravé, avant le dépôt d'un métal, afin de créer des métallisations. Un avantage des deuxièmes modes de mise en œuvre et de réalisation est que le dépôt de l'oxyde tunnel, de la couche dopée et du masque est réalisé en une seule étape au contraire du premier mode de réalisation. Un avantage des deuxièmes modes de mise en œuvre et de réalisation est que le procédé de fabrication des cellules solaires est plus court et moins cher que le premier mode de réalisation. Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. Procédé de fabrication d'une cellule solaire, le procédé comprenant, dans l'ordre : la formation d'un oxyde tunnel (52) sur, au moins, une surface (503) d'un substrat semiconducteur (50) ; la formation d'une couche (54) dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité sur l'oxyde tunnel ; la formation d'un masque (56) sur la couche dopée ; et la mise en œuvre, dans une atmosphère gazeuse (62) contenant un dopant d'un deuxième type de conductivité, d'un dopage d'au moins une première région (542, 66) de la couche dopée en utilisant un laser. Procédé selon la revendication 1, comprenant la formation de tranchées (60) s'étendant dans le masque (56), dans l'oxyde tunnel (52) et dans la couche dopée (54), après la formation du masque. Procédé selon la revendication 2, dans lequel des tranchées (60) séparent les premières régions (542, 66) de la couche dopée des deuxièmes régions (541) de la couche dopée. Procédé selon la revendication 2 ou 3, comprenant la formation d'un film de passivation (72) sur la couche dopée (54), la couche de passivation recouvrant l'intérieur des tranchées (20). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le gaz comporte du chlorure de phosphoryle. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant la texturation du substrat semiconducteur (50) sur une autre surface (501). Cellule solaire IBC obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. Panneau solaire comprenant des cellules solaires IBC selon la revendication 7.