Françoise Massines, PROMES CNRS, Perpignan France

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1 Françoise Massines,, PROMES CNRS, Perpignan France

2 Cellule photovoltaïque: convertisseur photon électron I V 2 étapes: génération des électrons et des trous Transport des charges vers les électrodes A. Ricaud, Convertisseurs photovoltaïques, septembre 2010.

3 Génération des électrons et des trous (hole) Matériau : semiconducteur gap Matériau: Gap adapté/spectre solaire Absorbant (αe) Minimum de défaut Rayonnement solaire Gap silicium à 300 K E ph > E g 33 % E ph < E g 23 %

4 E r Type N (Phosphore) Type P (Bore) La jonction PN = Si dopé P Si dopé N Zone de charge d espace Moteur de la cellule

5 Fonctionnement d une cellule solaire P/N I Contacts Busbar CAR Émetteur 0,3 µm Zone de charge d espace Base 220 µm type n type p E Back Surface Field Contacts Si passivé = défauts neutralisés = grande longueur de diffusion L e ou L h V

6 Mine Silice (quartz) De la silice au wafer multicristallin Silicium métallurgique Purification par plasma Trichlorosilane (gaz) Wafer silicium multicristallin Silicium polycristallin Lingots Sciage 15 à 20cm Briques de Si Sciage

7 Du wafer multicristallin (mcsi) à la cellule biface type p CEA INES Plateforme RESTAURE Cellule Silicium 20 x 20 cm² après découpe, après texturation, après dépôt CAR, après métallisation

8 1) Wafer Silicium cristallin Substrat : silicium type P (Bore) : 1 Ω.cm (10 16 cm 3 ) 150 à 200 mm 150 à 250 µm Silicium type P Zone de défauts créés lors du sciage 2) Nettoyage du substrat Silicium type P Décapage chimique (par exemple soude) pour éliminer les défauts dus à l étape de sciage du lingot.

9 3) Texturisation diminuer la réflectivité de surface qq µm Silicium type P Gravure chimique : basique (anisotrope) ou acide (isotrope) : procédé humide Voie «sèche» : gravure plasma (SF 6 / CF 4 / C 2 F 6 O 2 ) Gravure anisotropique basique acide RIE

10 INES RESTAURE 4) Formation de la jonction; dopage du Si sur 300µm Type n P 2 O 5 Silicium type P Diffusion de Phosphore : 1 à cm 3 (850 C, source du dopant : POCl 3 ) e = 0,3 µm Formation d un verre de phosphore P 2 O 5 Désoxydation : Voie humide : désoxydation acide (HF) Voie sèche : gravure plasma du P 2 O 5

11 5) Ouverture de la jonction : gravure latérale par plasma Gravure plasma ( CF 4 O 2 )

12 6) Dépôt de la couche antireflet (CAR) et de passivation Dépôt de nitrure de silicium SiN x H par plasma SiH 4 NH 3

13 6) Dépôt de la couche antireflet (CAR) et de passivation Dépôt de nitrure de silicium SiN x H par plasma SiH 4 NH 3 Optique e 75nm 2,2 Faible absorption Passivant Surface: Eviter de créer des défauts de surface (ions) Effet de champ Volume H

14 7) Sérigraphie et séchage des contacts en face avant Tem pérature ( C ) H H H H H Diffusion de l Ag à travers le nitrure diffusion de H du nitrure dans le volume du Si restructuration de la couche de SiNH Changement de CAR changement du recuit de prise de contact!!! La couche antireflet fait partie intégrante du dispositif Temps (seconde) Nouvelles génération : Nanostructures siliciées dans une matrice de nitrure de silicium par exemple Concept «down conversion» SiO2 thermique Substrat Si

15 8) Sérigraphie et séchage des contacts en face arrière Sérigraphie d une pâte contenant de l Aluminium : configuration pleine plaque N. Le Quang, 22 nd EPVSEC, 2007.

16 Amincissement des cellules biface Solution : métallisation arrière sous forme d une grille et non pleine plaque Pour conserver un bon rendement : Passivation en face arrière Réflecteur en face arrière BSF (localisé / pleine plaque) Passivation Réflecteur SiO 2, SiC, SiCN.

17 10) Test et classement des cellules I M I I CC 0 11) Mise en module V M V CO Activation de la surface par plasma avant encapsulation, collage V