BE1013081A3 - Procede de traitement de la face arriere d'une cellule solaire photovoltaique. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de traitement de la face arrière d'une cellule solaire photovoltaique comprenant un substrat de germanium (Ge)ou d'arséniure de gallium (GaAs) couvert à l'avant d'une matière crystalline semi-conductrice, ce traitement comprenant un décapage enlevant de la matière du substrat, caractérisé en ce que ce décapage est un décapage par plasma gazeux ionisé
Description
<Desc/Clms Page number 1> Procédé de traitement de la face arrière d'une cellule solaire photovoltaïque. L'invention concerne un procédé de traitement de la face arrière d'une cellule solaire photovoltaïque comprenant un substrat de germanium (Ge) ou d'arséniure de gallium (GaAs) couvert à l'avant d'une matière crystalline semi-conductrice, ce traitement comprenant un décapage enlevant de la matière du substrat. Les substrats de germanium ou d'arséniure de gallium couverts d'une structure de plusieurs couches d'arséniure de gallium (GaAs), d'arséniure d'aluminium-gallium (AlGaAs) et éventuellement de phosphure indium-gallium (InGaP) ou d'autres combinaisons crystallines semi-conductrices constituent des cellules photovoltaïques ayant un rendement voltaïque élevé et donc un très bon rapport entre la puissance électrique et l'unité de surface de la cellule. Le dépôt d'arséniure de gallium par exemple est effectué par des techniques de film mince, comme le dépôt chimique par vapeurs (ce qu'on appelle"metal-organic chemical vapour deposition"ou MOCVD) ou le dépôt physique par vapeurs (ce qu'on appelle"metal-organic physical vapour deposition"ou MOPVD). Un tel dépôt donne donc une couche extrêmement mince et la somme des épaisseurs des couches minces déposées par MOCVD ou MOPVD totalise par exemple 5 à 15 micromètres. Le substrat de GaAs ou de Ge sur lequel ces couches de semi-conducteurs sont déposées constitue la plus grande partie de l'épaisseur et surtout de la masse de la cellule. <Desc/Clms Page number 2> A cause de la fragilité des matériaux Ge et surtout GaAs, ainsi que le nombre de manipulations qu'exige la fabrication des cellules photovoltaïques, l'épaisseur du substrat peut aller par exemple de 150 à 180 micromètres dans le cas du germanium et de 300 à 350 micromètres dans le cas de GaAs qui est quelque peu moins solide que le germanium. Le GaAs tout comme le Ge ayant à peu près la même masse spécifique c. à-d. environ 5,35 gr/cm3, que les couches minces déposées, le substrat susdit constitue plus de 85% de la masse totale de la cellule. Cette masse relativement grande de la cellule solaire peut être un désavantage sérieux dans certaines applications en particulier dans les applications spatiales. Or pour ces applications spatiales, la face avant des cellules solaires est traditionnellement recouverte par un verre de protection contre les rayons et débris cosmiques, ce verre assurant une grande partie de la rigidité de l'ensemble de sorte que la cellule proprement dite peut être moins solide. Il est déjà connu d'alléger la masse d'une cellule solaire en réalisant des cavités par décapage de sa face arrière à l'aide d'un agent chimique liquide, c. à-d. par voie humide. Ce décapage est relativement difficile, d'une précision relative et peut poser des problèmes pour l'obtention d'une conductivité suffisante de la face arrière après décapage. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients susdits et de procurer un procédé de traitement de la face arrière d'une cellule solaire photovoltaïque qui permet d'alléger d'une façon simple et rapide la masse de cette <Desc/Clms Page number 3> cellule et de rendre plus aisé la réalisation d'une conductivité suffisante de la face arrière. Selon l'invention ce but est atteint par le fait que le décapage de la face arrière de la cellule est un décapage par plasma gazeux ionisé. La masse globale de la cellule peut ainsi être réduite de 70%. Cette réduction de la masse résulte en un accroissement du rapport entre la puissance électrique et la masse de la cellule. Cette opération de décapage par plasma est de préférence réalisée vers la fin du cycle de fabrication de la cellule, c. à-d. après le dépôt des couches minces de semi-conducteur susdites, la métallisation de la face avant, la soudure des contacts électriques sur la face avant et le collage d'un verre de protection de la face avant. Le décapage par plasma de la face arrière de la cellule peut laisser de la matière semi-conductrice du substrat n'ayant pas une conductivité suffisante. Le traitement de la face arrière comprend donc une métallisation pour obtenir un bon contact électrique et une solide adhérence mécanique. Cette métallisation de la face arrière doit normalement être suivie par un traitement thermique appelé"sintering" à des températures de l'ordre de 400 C. Or, dans le cas où un verre de protection est collé à la face avant de la cellule, ce qui est traditionnel pour les applications spatiales et nécessaire pour renforcer la <Desc/Clms Page number 4> cellule après décapage, la colle entre le verre de protection susdit et la cellule se dégrade à la température susdite. Afin de résoudre ce problème dans les cellules couvertes par un verre de protection, l'invention prévoit que la métallisation de la face arrière est effectuée avant le décapage et le collage du verre, cette métallisation étant effectuée de manière à ne couvrir qu'une partie, de préférence moins de 15%, de cette face et par exemple sous forme d'une grille, uniquement la surface non recouverte de la face arrière étant décapée. Le substrat résiduel dans ce cas doit être le plus conducteur possible, ce qui peut être réalisé par un dopage très élevé du substrat. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le problème susdit est résolu en réalisant la métallisation de la face arrière après le décapage par une technique qui n'exige pas de traitement thermique à une température supérieure à environ 250 C, comme par exemple par la technique appelée"sputtering". Pour plus de clarté, un exemple de réalisation d'un procédé de traitement de la face arrière d'une cellule solaire photovoltaïque selon l'invention est décrit ci-après à titre illustratif et non restrictif, référence étant faite au dessin annexé qui représente d'une manière schématique et en coupe une cellule solaire fabriquée par le procédé selon l'invention. <Desc/Clms Page number 5> La cellule solaire représentée à la figure comprend un substrat 1 de germanium couvert à l'avant de couches minces 2 d'arséniure de gallium. La face avant est partiellement métallisée, par exemple avec un alliage argenté, et donc couverte par une couche mince de métal 3, par exemple un couche en forme d'un peigne, à laquelle sont soudés des contacts électriques 4. Un verre de protection 5 ayant par exemple une épaisseur de 100 à 500 micromètres est collé à l'aide d'une couche de colle 6 transparente à la face avant. Afin de réduire la masse de la cellule solaire photovoltaïque, le substrat 1 est pourvu à l'arrière de cavités rectangulaires 7. Autour de ces cavités 7 la face arrière est égalemetn métallisée et donc couverte d'une couche de métal 8 formant donc une grille. La cellule susdite est fabriquée de manière traditionnelle par le dépôt par des techniques de films minces des couches 2 susdites sur le substrat l, suivi de la métallisation de la face avant et de la soudure des contacts électriques 4 sur la couche de métal 3, après quoi le verre de protection 5 est collé. Les cavités 7 dans le substrat 1 sont réalisées par décapage par plasma gazeux ionique. La face arrière du substrat 1 est métallisée de manière à ne couvrir qu'une faible partie de sa surface, tout comme la métallisation de la face avant du substrat 1. <Desc/Clms Page number 6> Cette métallisation de la face arrière a lieu avant le décapage et avant le collage du verre de protection 5 et est constituée d'une grille métallique à grandes ouvertures, cette grille ne couvrant que moins de 20 % et de préférence moins de 10% de la surface de la face arrière. La métallisation est suivie d'un traitement thermique comme traditionnellement à 400 C par exemple. La formation des cavités 7 par est réalisée après la soudure des contacts avant 4, le collage du verre de protection 5 et la métallisation de la face arrière du substrat 1, par décapage de la surface non recouverte métalliquement de la face arrière par un plasma de gaz ionisés, par exemple des gaz fluorés, ce qui peut nécessiter le masquage de la partie métallisée par exemple par une résine photo-sensible pour empêcher que cette partie métallisée ne soit dégradée pendant le décapage. Ce décapage doit être très directionnel pour que les parois des cavités 7 formées soient bien verticales. Pour cette raison le décapage par un plasma inductif appelé "inductively coupled plasma etching System"est préfère par rapport au décapage par un décapage réactif ionique, dit "reactive ion etch system". Un appareil convenant pour ce décapage inductif est par exemple mis sur le marché par la société"Surface Technology Systems Limited"du Royaume Uni sous le nom"Multiplex ICP". Les fonds et les parois des cavités 7 réalisées par le décapage susdit doivent être conducteurs électriques. Ceci EMI6.1 peut exiger que le germanium du substrat soit préalablement 18 dopé, par exemple par de l'antimoine, au-delà de 1018 <Desc/Clms Page number 7> EMI7.1 3 19 3 atomes/cm3, par exemple au delà de 1019 atomes/cm3 afin que la résistance électrique de la face arrière soit compatible avec un maintien élevé du rendement de la cellule, tenant compte du fait que que la grille métallique non attaquée par le plasma n'occupe que moins de 20% de la surface de la face arrière. Le germanium enlevé par décapage peut éventuellement être récupéré par évacuation des gaz d'échappement de la pompe à vide du dispositif de décapage vers un tour de lavage. Dans une autre forme de réalisation, le décapage par plasma susdit est effectué avant la métallisation de la face arrière. Par conséquent, le substrat en germanium est couvert de la manière susdécrite par les couches minces de semi-conducteur, la face avant est métallisée, les contacts électriques avant sont soudées et le verre protecteur est collé à cette face avant, après quoi le décapage de la face arrière a lieu réduisant l'épaisseur du substrat sur toute la surface de cette face arrière. Contrairement à la forme de réalisation représentée à la figure, le substrat 1 n'est pas pourvu de cavités mais est sur toute sa surface plus mince. Après ce décapage, la métallisation de la face arrière est réalisée par une technique n'exigeant pas de traitement thermique à une température supérieure à 250 C, par exemple une technique dite de"sputtering". Dans les deux formes de réalisation, une cellule solaire légère est obtenue de manière facile. <Desc/Clms Page number 8> Ces formes de réalisation sont également applicables à des cellules dans lesquelles le substrat, au lieu d'être en germanium, est en arséniure de gallium. Il est évident que les couches minces en arséniure de gallium peuvent être remplacées par ou combinées avec une ou plusieurs couches d'autres matières crystallines semi-conductrices, comme par exemple une ou plusieurs couches de AlGaAs ou de InGaP. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-devant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention telle que définie dans les revendications suivantes.
Claims (1)
- Revendications.1. - Procédé de traitement de la face arrière d'une cellule solaire photovoltaïque comprenant un substrat de germanium (Ge) ou d'arséniure de gallium (GaAs) couvert à l'avant d'une matière crystalline semi-conductrice, ce traitement comprenant un décapage enlevant de la matière du substrat, caractérisé en ce que ce décapage est un décapage par plasma gazeux ionisé.2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décapage par plasma est réalisé vers la fin du cycle de fabrication de la cellule, c. à-d. après le dépôt des couches minces de semi-conducteur, la métallisation de la face avant, la soudure des contacts électriques sur la face avant et le collage d'un verre de protection de la face avant.3.-Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une métallisation de la face arrière du substrat.4.-Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la métallisation de la face arrière est effectuée avant le décapage et avant le collage d'un verre à la face avant, cette métallisation étant effectuée de manière à ne couvrir qu'une partie de la surface de cette face arrière, uniquement la surface non recouverte de la face arrière étant décapée.5.-Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la métallisation est effectuée de manière à couvrir moins de 20% de la surface de la face arrrière. <Desc/Clms Page number 10> 6.-Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la métallisation de la face arrière est réalisée sous forme d'une grille.7.-Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce le la cellule solaire traitée possède un substrat qui est dopé afin de réduire la résistance électrique, par exemple soit avec de l'antimoine soit avec EMI10.1 1 Q du gallium, à des concentrations supérieures à 1018 3 atomes/cm. 8.-Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le décapage d'une partie de la surface de la face arrière est directionel.9.-Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le décapage est réalisé à l'aide d'un dispositif de EMI10.2 décapage inductif appelé"inductively coupled plasma etching system".10.-Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce-que la métallisation de la face arrière est réalisée après le décapage par une technique qui n'exige pas de traitement thermique à une température supérieure à environ 250 C.11.-Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la métallisation est réalisée par la technique appelée "sputtering".
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RE | Patent lapsed |
Owner name: S.A.*ENE Effective date: 20020630 |