FR2464564A1 - Batterie solaire au silicium amorphe - Google Patents

Abstract

BATTERIE SOLAIRE CARACTERISEE EN CE QU'ELLE COMPREND: UNE PLURALITE DE BANDES 34 D'OXYDE CONDUCTEUR TRANSPARENT SUR LA SECONDE SURFACE PRINCIPALE OPPOSEE; UNE PLURALITE DE CELLULES SOLAIRES AU SILICIUM AMORPHE HYDROGENE 20, 21, 22 A JONCTION TANDEM, REALISEES PAR-DESSUS UNE PARTIE PRINCIPALE DE CHACUNE DESDITES BANDES D'OXYDE CONDUCTEUR TRANSPARENT ET EN CONTACT ELECTRIQUE AVEC CES BANDES, LESDITES CELLULES SOLAIRES AYANT UNE PLURALITE DE COUCHES SEMI-CONDUCTRICES DE SILICIUM AMORPHE HYDROGENE 38, 42 COMPORTANT DES REGIONS DE TYPE DE CONDUCTIVITE DIFFERENT, CES COUCHES ETANT SEPAREES PAR UNE JONCTION TUNNEL 40, LESDITES CELLULES SOLAIRES PRESENTANT UNE LARGEUR TELLE QUE LA PERTE D'ENERGIE DUE A L'EPAISSEUR EST INFERIEURE A LA PERTE D'ENERGIE RESULTANT DE L'INCORPORATION D'UNE ELECTRODE DE GRILLE METALLIQUE DANS L'OXYDE TRANSPARENT CONDUCTEUR ET DES MOYENS POUR RELIER EN SERIE LESDITES CELLULES SOLAIRES.

Description

La présente invention est relative à des batteries solaires au silicium

amorphe. Elle vise plus particulièrement une batterie solaire comportant une série de bandes de deux ou plusieurs couches de silicium amorphe hydrogéné disposées selon une configuration de pile en tandem, dans laquelle les bandes de silicium amorphe hydrogéné sont reliées en série. On sait que les dispositifs photovoltalques, tels que notamment les cellules solaires, sont capables de transformer un rayonnement solaire en énergie électrique utilisable. La transformation en énergie électrique résulte de l'effet photovoltaïque bien connu dans le domaine des cellules solaires. Le rayonnement solaire venant frapper une cellule solaire et qui est absorbé par une région active engendre des électrons et des trous

ou lacunes. Les électrons et les trous sont séparés par un champ élec-

trique interne, par exemple une jonction redresseuse dans la cellule

solaire.

Une jonction redresseuse peut être engendrée dans une cellule solaire par une couche semi-conductrice active présentant des régions

de type p, intrinsèque, et de silicium amorphe hydrogéné de type n.

Les électrons engendrés dans]a région intrinsèque par absorption du rayonnement solaire de la bande interdite appropriée produisent des paires électron-trou. La séparation des paires électron-trou des électrons circulant vers la région de conductivité de type n et des trous circulant vers la région de conductivité de type p, produit la phototension et le photocourant de la cellule. L a performance totale de la cellule solaire est rendue maximale en augmentant le nombre total de photons d'énergie et de longueur d'onde différente, qui sont absorbés par le

matériau semi-conducteur.

La demande de brevet américain n0 031 460 déposée le 19 Avril 1979 au nom de Joseph John HANAK décrit une structure de jonction tandem pour une cellule solaire perfectionnée au silicium amorphe. La structure décrite dans cette demande comprend une série d'au moins

deux couches de silicium amorphe hydrogéné disposées selon une confi-

guration de piles en tandem avec une trajectoire optique, une jonction tunnel assurant l'interconnexion électrique. Les couches de silicium amorphe hydrogéné présentent des régions de conductivité différente

afin de réaliser un champ électrique interne dans chaque couche semi-

conductrice. Les couches peuvent présenter les mêmes bandes inter-

dites, ou selon un mode de réalisation préféré des bandes interdites différentes, afin d'absorber plus complètement la distribution des photons des différentes énergies du spectre solaire. Par conséquent une structure de cellule solaire selon la demande de brevet américain citée

ci-dessus présente des performances accrues par absorption d'une por-

tion plus importante du spectre solaire. Cependant,une électrode de grille est nécessaire dans les cellules solaires présentant uhe grande surface afin de recueillir le photocourant. L'électrode de grille peut protéger la région active d'une partie du rayonnement solaire disponible

pouvant aller jusqu'à 10 % environ. En outre, étant donné que les dimen-

sions de la cellule solaire et le courant de cette cellule augmentent, la complexité de l'électrode de grille augmente également ce qui constitue une limitation pratique aux dimensions d'une cellule solaire de grande surface. Il est donc par conséquent fortement désirable de réaliser une structure qui porte à un maximum l'absorption du rayonnement solaire d'énergie et de longueur d'onde différentes sans l'effet d'écran et les

limitations de dimension de l'électrode de grille.

Une batterie solaire au silicium amorphe selon l'invention comprend une pluralité de bandes de cellule solaire à jonction tandem reliées en série, les dites cellules solaires à jonction tandem comprenant une pluralité de couches de silicium amorphe hydrogéné séparées par une

jonction tunnel, disposées selon une configuration de piles en tandem.

L'épaisseur des couches de silicium amorphe est ajustée de façon à

obtenir un rendement maximal et à égaliser le courant dans chaque couche.

Il n'existe aucune limite de base à la longueur des bandes de la cellule solaire. La largeur des bandes est choisie de façon qu'une électrode de grille ne soit pas nécessaire pour recueillir le courant engendré par

la batterie solaire.

L'intervalle de bande ou bande interdite des couches de silicium amorphe hydrogéné des bandes de la cellule solaire- à joúnction tandem peut varier dans un domaine allant de 1, 5 eV jusquaà environ- 1, eV en, ajustant la concentration d'hydrogène dans les couches de silicium amorphe hydrogéné.

D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressor-

tiront de la description faite ci-après en référence à la figure unique du

dessin annexé qui est une vue en coupe d'une batterie solaire à haute

tension selon cette invention.

En se référant à cette figure, on y a désigné par la référence 10

une batterie solaire à haute tension, reliée en série, à jonction tandem.

Le rayonnement solaire 100 venant frapper sur la surface de la batterie solaire 10 constitue un point de référence pour la surface incidente de chaque couche ou région de la batterie solaire. La batterie solaire 10 comprend un substrat transparent 32 de matériaux tels que du verre à vitre ordinaire ou un verre de borosilicate. Une pluralité de bandes 34 d'un oxyde conducteur transparent, tel que l'oxyde d'indium et d'étain, ou autres matériaux similaires, sont formées sur le substrat 32. Les bandes 34 constituent l'électrode supérieure pour une pluralité de cellules solaires au silicium amorphe hydrogéné à jonction tandem, connectées en série 20, 21, 22 etc. Les bandes d'oxyde d'indium et

d'étain doivent être aussi minces que possible afin d'assurer une trans-

mission maximale du rayonnement solaire. Cependant l'épaisseur doit être ajustée pour obtenir une résistivité de couche de l'ordre de 100 Il par carré ou moins. De préférence la résistivité de couche est de l'ordre de 10.2 par carré. L'épaisseur de la couche d'oxyde d'indium et

d'étain peut être choisie en tirant avantage de ses propriétés anti-réflé-

chissantes. Etant donné que les cellules solaires 20 à 22 sont équivalentes, on ne décrira en détail que la cellule solaire 20, -les cellules solaires 21 et 22 comportant les mêmes éléments munis, sur le dessin, des mêmes

référenc e s.

La cellule solaire 20 comprend une couche de cermet 36 en contact électrique avec la couche d'oxyde d'indium et de zinc 34. Cette couche de cermet 36 est fabriquée à partir de matériaux tels que PtSiO2 contenant de l'ordre de 7 à 15 % en volume de platine et présentant une épaisseur allant d'environ 2 à 10 nanomètres. En variante, la couche de cermet 36 peut être fabriquée à partir d'un mâtériau diélectrique tel que le TiO2 plus un métal à haut pouvoir d'extraction, comme décrit

dans le brevet américain n0 4 167 015.

Une couche active 38 de silicium amorphe hydrogéné, incidente au rayonnement solaire, est déposée sur la couche de cermet 36 et est en contact électrique avec cette couche 36. La couche active 38 comprend des régions 38a, 38b et 38c de types de conductivité différents. Une première région 38a est constituée par une couche de silicium amorphe hydrogéné dopé par des modificateurs de conductivité de type p. tels

que du bore par exemple ou tout autre agent dopant de type p approprié.

La dite région présente une épaisseur de l'ordre de 10 à 40 nanomètres et de préférence d'environ 37, 5 nanomètres. La région 38b de silicium amorphe hydrogéné intrinsèque, ayant une épaisseur de l'ordre de 30

à 300 nanomètres, est déposée sur la région 38 a. On a découvert que du si-

licium amorphe hydrogéné intrinsèque ou non dopé présentait une conduc-

tivité légèrement de type n, comme mentionné dans le brevet américain n0 4 064 521. Une région 38c de silicium amorphe hydrogéné de type n+, présentant une épaisseur de l'ordre de 10 à 40 nanomètres environ, est déposée sur la région 38b, de façon à être contigue à cette région. Les

épaisseurs préférées indiquées ci-dessus des couches de silicium amor-

phe de type p+ et n+ respectivement sont relatives à des matériaux réa-

lisés avec des concentrations d'agent dopant de 0, 1 % de B2H6 dans SiH4 et de 0, 2 % de PH3 dans SiH4 respectivement. La concentration

en dopant du gaz peut affecter l'épaisseur optimale de ces couches.

Une seconde couche active est désignée par 42a, 42b et 42c. Cette

seconde couche active 42 comprend des régions 42a, 42b et 42c de sili-

cium amorphe hydrogéné de type différent de conductivité. La région 42a est similaire à la région 38a et elle incorpore un agent dopant convenable de type p. La région. 42 b est similaire à la région 38b et la région 4Zc est similaire à la région 38c. Les régions 42a, 42b et 42c peuvent être déposées à température élevée afin de produire une couche

présentant une concentration plus faible en hydrogène et une bande inter-

dite plus faible que la couche active 38. L'épaisseur de la seconde couche active 42 doit être ajustée de façon que le courant produit par la dite couche soit sensiblement égal au courant produit par la première couche active 38 étant donné que le courant total de la cellule solaire 20 sera limité au courant inférieur soit de la couche active 38, soit de la couche

active 42.

La cellule solaire à jonction tandem 20 n'est pas limitée à deux couches actives. La cellule solaire peut contenir une pluralité de couches actives. Chaque paire de couches actives est séparée par des jonctions

tunnel ou par une couche d'interconnexion de cellule. De préférence la cellu-

le solaire 20 présente de 2 à 5 couches actives, chacune de ces couches

actives étant séparée par une jonction tunnel ou par une couche d'inter-

connexion de cellule qui fait office de jonction tunnel.

Une couche d'interconnexion de cellule 40 est située entre les couches semi-conductrices actives 38 et 42. La couche d'interconnexion de cellule 40 fournit un trajet électrique unique au travers de la première

couche active 38 et de la seconde couche active 42 vers le contact posté-

rieur 44. La couche d'interconnexion de cellule 40 permet également la transmission du rayonnement solaire qui n'est pas absorbé par la région

active 38, vers la seconde région active 42 ou des régions actives addi-

tionnelles, o peut se produire une absorption additionnelle.

La couche d'interconnexion 40 présente une épaisseur allant d'environ 2 à 15 nanomètres et elle est constituée d'un cermet de PtSiO2 ou d'une mince couche métallique et d'un cermet de PtSiO2, ou d'une couche métallique mince. Cette couche métallique peut être constituée d'un métal tel que le platine, le titane, le nickel et autres matériaux

transparents au rayonnement solaire. Si l'on utilise une couche métalli-

que mince sans le cermet, il est préférable d'utiliser un métal à haut pouvoir d'extraction tel que du platine. Les performances d'une cellule solaire à jonction tandem 20 sont dégradées si la couche d'interconnexion

est un isolant, en dépit du fait que cet isolant pourrait être suffisam-

ment mince pour permettre aux électrons de le traverser par effet tunnel.

La couche d'interconnexion de cellule fonctionne comme une jonction

tunnel entre les régions actives 38 et 42.

La couche d'interconnexion 40 peut être omise si la région 38c et la région 40a comportent des modificateurssuffisants de type p et

de type n, respectivement, pour former entre elles une jonction tunnel.

L'efficacité de la transformation de la lumière en électricité d'une cellule solaire au silicium amorphe hydrogéné selon la structure décrite ci-dessus approche une constante lorsque la région intrinsèque présente une épaisseur de l'ordre de 500 nanomètres. Dans une structure à jonction tandem, toute épaisseur supplémentaire de cette région ne contribue qu'à augmenter l'absorption du rayonnement solaire sans augmenter les performances de la cellule et absorbe toutes les couches suivantes du rayonnement solaire. Par conséquent, l'épaisseur de chaque région intrinsèque doit être de plus en plus mince au fur et à mesure

qu'augmente le nombre de couches de silicium amorphe hydrogéné empi-

lées. En outre, l'épaisseur de chaque région intrinsèque faisant suite à la région intrinsèque incidente doit être plus épaisse que la région précédente. Le contact postérieur 44 qui peut être constitué de titane, de molybdène, de niobium et de matériaux similaires, qui adhère à la région 42c en formant avec celle-ci un bon contact ohmique, est déposé sur cette région. Une couche d'interconnexion de cellule solaire 46, en indium, étain ou autres matériaux, est disposée en contact ohmique avec le contact postérieur 44, cette couche 46 interconnectant la cellule solaire 20 au substrat de base 34 de la cellule solaire 21. Des conducteurs 52 et 54 sont placés au contact des couches 34 et 36 respectivement pour extraire le courant engendré pendant l'illumination de la batterie solaire

par le rayonnement solaire 100.

Etant donné que les cellules solaires 20, 21 et 22 sont connectées en série, le courant reste constant et la tension de chaque cellule est cumulative. La somme des tensions permet de fabriquer une cellule solaire de toute tension voulue pour une application spécifique. La couche d'interconnexion de cellule solaire 46 peut être suffisamment petite pour constituer environ 0, 5 % de la surface totale du dispositif. Bien que la couche 46 en matériaux monocristallins pourrait créer des problèmes en court-circuitant éventuellement la structure de cellule solaire 20, ceci ne constitue pas un problème avec le silicium amorphe étant donné que la conductivité latérale des couches dopées est si faible -que pour des buts pratiques, elle est inexistante, c'est-à-dire que la conductivité latérale des couches semi-conductrices amorphes est similaire à celle d'un isolant ayant une résistivité latérale de couche supérieure à environ

1010 n par carré.

Lorsque l'on fabrique une batterie solaire 10, la largeur maximale

de l'électrode supérieure et des cellules solaires 20, 21 et 22 est déter-

minée par la résistivité de couche de la couche d'oxyde conductrice et transparente,par le courant de court-circuit J des bandes de cellule solaire individuelles empilées et par un facteur qui dépend de la perte

de puissance ou d'énergie de chaque cellule qui est acceptable sans élec-

trode de grille - écran. Une électrode de grille est nécessaire lorsque le facteur de perte de puissance est supérieur à environ 0, 05 ou environ 5 %. On peut porter à un maximum la largeur mais cette largeur doit cependant être inférieure à une largeur qui rendrait nécessaire une

électrode de grille pour extraire le courant engendré pendant le fonc-

tionnement de la batterie solaire.

De façon plus spécifique, la largeur est déterminée par la formule suivante W w =\ 3f V Oc F Ri JSN RI sc dans laquelle: Voc est la tension totale en circuit ouvert de la batterie solaire; Rii est la résistivité de couche de l'électrode incidente; F est le facteur de charge; Jsc est la densité de courant de court-circuit; N est le nombre de bandes de la batterie solaire; et

f est le facteur relatif au pourcentage de perte de puissance dans l'élec-

trode frontale résultant du chauffage résistif.

Le facteur f est généralement de l'ordre de 0, 01 à 0, 08 et de préférence d'environ 0, 05.

Dans le but de déterminer la largeur, on suppose que seule l'élec-

trode frontale, sur la figure l'électrode 34, limite le courant étant donné que l'électrode postérieure 44 peut être suffisamment épaisse pour ne

pas prendre en considération la résistivité de couche.

A titre d'exemple on indique que pour Jsc = 3 mA/cm2, N = 9, Riz = 100 Q/carré, Voc = 12, 5, F = 0, 6 et f = 0, 05, la largeur de

la cellule est égale à 0, 65 cm.

Pour une largeur d'intervalle de 0, 005 cm, que l'on peut facilement

obtenir en mettant en oeuvre les techniques photolithographiques exis-

tantes, la surface totale de la batterie solaire qui n'est pas utilisée

représente environ 0, 7 % de la surface totale de la batterie solaire.

Cette valeur est supérieure d'un ordre de grandeur à celle d'une struc-

ture de cellule solaire nécessitant une électrode de grille pour recueillir le photocourant. Ainsi que cela ressort clairement de la formule indiquée ci-dessus, lorsque la résistance de l'électrode frontale décroît, la largeur des bandes peut augmenter sans que soient affectées les performances

de la batterie solaire. Si la largeur est maintenue constante, les perfor-

mances de la batterie solaire augmentent.

La batterie solaire peut être réalisée par différents procédés. Le substrat est revêtu d'une couche d'oxyde conducteur transparent, par tous procédés connus et notamment par évaporation, pulvérisation cathodique ou pyrolyse de composés inorganiques ou organométalliques. Un verre d'oxyde conducteur transparent revêtu d'un oxyde d'indium et d'étain peut également être obtenu dans le commerce à l'état préfabriqué, notamment auprès de la firme anglaise Triplex Glass Co., Ltd, Kings Norten, Birmingham, Angleterre. L'oxyde conducteur transparent est recouvert d'un photoresist positif tel que le "Shipley 1350 H'. Le resist est soumis à une centrifugation, ou il est séché et exposé ensuite à une

source lumineuse au travers d'un photomasque afin de définir les rai-

nures entre les bandes. Le dispositif est placé dans un appareil conçu de façon à aligner le masquequi maintient fixe ce masque et qui permet au dispositif de se déplacer selon les directions x, y et z, et également

de tourner autour de l'axe géométrique perpendiculaire au plan de l'é-

chantillon. Un tel dispositif est connu. Le réseau est développé dans un appareil de développement approprié. Les rainures sont réalisées par attaque chimique de l'oxyde conducteur transparent à l'aide d'un agent d'attaque chimique constitué par exemple par 55 à 58 % de HI à 350C

pour l'oxyde d'étain et d'indium.

Ensuite, la couche de cermet est fabriquée selon les enseignements tirés du brevet américain n0 4 167 015 cité plus haut. La couche d'oxyde conducteur transparent et la couche de cermet peuvent être choisies de

façon à former un revêtement anti-réfléchissant quart d'onde, par exem-

ple on peut choisir une épaisseur de 60 nanomètres pour l'oxyde conduc-

teur transparent et de 10 nanomètres pour l'oxyde d'étain et d'indium.

Les couches semi-conductrices de silicium amorphe hydrogéné 38 et 42 sont déposées à l'aide d'une décharge luminescente de silane

ou d'une autre atmosphère appropriée contenant du silicium et de l'hy-

drogène comme indiqué dans le brevet américain n0 4 064 521 mentionné plus haut ainsi que dans la demande de brevet américain n0 727 659 déposée

le 29 Septembre 1976. Les couches 38 et 42 peuvent être également fabri-

quées par un système de dépôt à haute fréquence dans lequel-les électrodes ou les bobines sont contenues à l'intérieur de la chambre de dépôt. Les

paramètres appropriés pour la décharge à haute fréquence sont une puissan-

ce haute fréquence égale ou inférieure à 0, 5 W/cm2 sur une cible ayant une

surface de l'ordre de 160 cm, une pression de gaz de l'ordre de 20 milli-

torr à 50 millitorr environ, un débit de silane de l'ordre de 30 cm /mi-

nute et une gamme de température comprise entre 200 et 3500C environ.

La région de type p de la couche 38 ou de la couche 42 est fabriquée avec

une concentration de dopant appropriée de type p, de bore ou d'autres do-

pants convenables, en une quantité de l'ordre de 0, 01 à 1 % par rapport

au volume de silane. La région de type n est fabriquée avec une concen-

tration de dopants de type n tels que PH3 de l'ordre de 0, 1 à 1 % de l'atmosphère de dépôt. Après avoir effectué le dépôt des régions actives, l'électrode postérieure 44 est déposée par évaporation ou pulvérisation

cathodique à haute fréquence ou par tout autre procédé approprié.

Après avoir réalisé l'application de l'électrode postérieure 44, la batterie solaire est revêtue d'un photoresist positif ou négatif. Les cellules individuelles sont définies en exposant la surface du photoresist au travers d'un photomasque approprié, c'est-à-dire un masque positif

ou négatif et en développant le resist par tout procédé connu. Les rai-

nures sont décapées par attaque chimique dans l'électrode postérieure avec un agent de décapage chimique approprié constitué par exemple d'une partie de HF, de deux parties de HNO3 et de 7 parties d'eau pour une électrode au titane. La couche de photoresist est détachée et on applique une nouvelle couche de photoresist que l'on expose à la lumière

et développe selon le processus indiqué ci-dessus.

Les couches actives et le cermet sont décapés par attaque chimique jusqu'à la couche dioxyde conducteur transparent, à l'aide d'un agent d'attaque chimique de plasma dans une atmosphère d'oxygène et 4 % de CF4. Le plasma attaque et décape rapidement les régions actives, mais il n'attaque que lentement le cermet, à une vitesse de l'ordre de 10 nm/minute. Si la pellicule de cermet présente une épaisseur supérieure à 10 nm, la couche de cermet peut être attaquée et décapée en mettant en oeuvre un procédé d'attaque par pulvérisation cathodique

à haute fréquence dans une atmosphère de CF4-02 ou de Ar-CF4-02.

Le point terminal de l'attaque ou du décapage est déterminé généralement par l'apparition de rainures transparentes claires vers le bas du côté de la

couche d'oxyde transparent conducteur.

Enfin, on enlève le photoresist et la surface du dispositif est déca-

pée du plasma pour éliminer toutes les traces de molécules organiques avant d'effectuerle dépôt de la couche d'interconnexion en série. Cette couche d'interconnexion est obtenue en réalisant une évaporation entre les

rainures selon un angle de l'ordre de 45 par rapport à la surface,perpen-

- diculairement aux rainures et à partir de la direction qui interconnecte l'électrode postérieure de la cellule solaire 20 vers la couche d'oxyde 1l

transparent et conducteur de la cellule solaire 21. La couche d'intercon-

nexion en série peut également être appliquée par évaporation de la couche

sur toute la surface de la batterie solaire. Ensuite, on enlève le maté-

riau. en excès et les rainures sont formées en mettant en oeuvre les techniques de photolithographie décrites antérieurement. Après déta- chage de la couche de photoresist de la fixation des conducteurs 52 et 54 par tout procédé connu, la partie postérieure de la batterie solaire peut être enveloppée par un matériau approprié tel que "l'Apiezon W", produit commercialisé par la firme américaine James G. Biddle Co.,

Plymouth Meeting, Pa., E.U.A.

L'exemple ci-après illustre l'invention. Bien entendu cet exemple ne présente aucun caractère limitatif, toute modification et/ou variante pouvant être envisagées par l'homme de l'art sans sortir du cadre

de l'invention.

Exemple Un substrat de verre sodo-calcique de 7, 6 x 7, 6 cm et présentant une épaisseur de l'ordre de 0, 16 cm, pourvu d'un revêtement d'oxyde d'étain et d'indium avec une résistance de couche de l'ordre de 10 A par carré, a été revêtu d'un photoresist positif, constitué par exemple de Shipley 1350-H, produit par la société américaine Shipley Co., Inc.,

de Newton, Mass., en mettant en oeuvre un procédé de dépôt par centri-

fugation à une vitesse de 4000 tours/minute, ce photoresist étant ensuite

séché pendant 1 heure à une température de l'ordre de 750C. Le photo-

resist a été exposé dans un appareil de développement Shipley et on a enlevé la portion soluble de photoresist définissant la zone entre les bandes citées ci-dessus. Ensuite, le substrat exposé a été immergé dans une solution à 55-58 % hydroiodique à 350C pour enlever l'oxyde d'étain et d'indium exposé, laissant derrière des bandes revêtues d'un photoresist d'oxyde d'étain et d'indium présentant une longueur de 7, 6 cm et une largeur de 0, 68 cm. Le photoresist restant a été nettoyé des bandes d'oxyde d'indium et d'étain et un cermet de PtSiO2, ayant une teneur métallique de l'ordre de 12 % en volume de platine, a été déposé sur le substrat, par pulvérisation cathodique à haute fréquence, jusqu'à obtenir une

épaisseur de l'ordre de 23, 5 nanomètres. Ensuite, une couche semi-

conductrice active de silicium amorphe hydrogéné, ayant une région de type p+ présentant une épaisseur d'environ 31, 8 nanomètres, une région non dopée ayant une épaisseur de l'ordre de 181, 6 nanomètres et une région de type n+ possédant une épaisseur d'environ 90, 8 nanomètres a été déposée sur le cermet de PtSiO La couche de silicium amorphe hydrogéné a été formée par une décharge luminescente capacitive à haute fréquence de silane en ce qui concerne la couche non dopée et de gaz diborane selon une concentration d'environ 0, 1 % envolumeen ce

qui concerne la région de type p+ et du PH3 gazeux selon une concentra-

tion de l'ordre de 0, 2 % en volume en ce qui concerne la région de

type n., ces concentrations étant exprimées par rapport au silane.

Une seconde couche de cermet de PtSiO2 présentant une épais-

seur d'environ 10, 5 nanomètres, avec une concentration de platine d'environ 12 % en volume a été déposée sur la première région active par pulvérisation cathodique à haute fréquence. Ensuite une seconde couche semi-conductrice active est déposée sur la seconde couche de cermet. La seconde couche semiconductrice de cermet a été fabriquée selon le processus indiqué ci-dessus pour la première couche. Elle présentait une région de type p+ ayant une épaisseur de l'ordre de 31, 8 nanomètres, une région intrinsèque de 363, 2 nanomètres environ d'épaisseur, -contig e à la dite région de type p+ et une région de type n+

d'environ 90, 8 nanomètres d'épaisseur contig ie à la dite région intrinsèque.

Une éléctrode postérieure de titane ayant une épaisseur d'environ 200 nanomètres a été déposée par pulvérisation cathodique sur la région de type n+ de la seconde couche active semi-conductrice. Ensuite le dispositif

a été recouvert de photoresists positifs et exposé au travers d'un photo-

masque pour créer une configuration similaire à celle des bandes réalisées dans la couche d'oxyde d'étain et d'indium mais décalée par rapport aux

rainures dans la dite couche d'oxyde d'indium et d'étain de façon à per-

mettre l'interconnexion en série des bandes de cellule solaire à jonction

tandem. Le photoresist positif êst le Shipley 1350 H, produit par la socié-

té américaine Shipley Cy. Le photoresist exposé est développé et la portion soluble définissant les rainures est enlevée par lavage à l'aide d'un solvant. La structure est ensuite décapée par attaque chimique à

l'aide d'une solution contenant une partie d'acide fluorhydrique, 2 par- ties de HNO3 et 7 parties d'eau afin d'enlever la portion de l'électrode

postérieure en titane devant former les rainures dans le dispositif. Après attaque chimique du titane, le.photoresist est détaché à l'acétone et on applique un autre revêtement de photoresist qui est développé de la même façon que précisé ci-dessus. Le dispositif a été placé dans une machine à attaque chimique par plasma et les couches actives situées endessous du titane qui ont déjà été enlevées, ont été décapées par attaque chimique dans une atmosphère de CF4 contenant 4 % d'oxygène c'est-à-dire du Freon DE-l00, commercialisé par la société américaine Scientific Gas Products, Inc., South Plainfield, N. J., E. U.A. La machine de décapage par plasma était une machine IPC-200, produite par la firme américaine International Plasma Corporation, Hayward, Californie, E.U.A. Les conditions utilisées lors du décapage par attaque au plasma étaient les suivantes: puissance à haute fréquence d'environ 800 watts pression CF 42 comprise entre 0, 5 et 1 torr température de départ d'environ 250C, et

température finale inférieure ou égale à 90'C environ.

Ces paramètres conduisent à un taux de décapage du silicium amorphe de l'ordre de 200 nanomètres par minute. Le décapage continue au travers de la seconde couche active et de la jonction tunnel cermet d'interconnexion, cette couche étant attaquée et décapée à un taux de seulement 10 nanomètres par minute jusqu'à la couche d'oxyde d'étain et d'indium. Le point final du décapage est déterminé optiquement étant donné que le substrat avec l'oxyde d'étain et d'indium apparafttransparent

dès que le silicium amorphe hydrogéné en a été enlevé.

A ce stade du processus de fabrication, on a vérifié le dispositif pour détecter les trous d'épingle à l'aide d'une lumière projetée au travers de ce dispositif. Les trous d'épingle ont été recouverts de "Microstop", qui est un produit commercialisé par la société américaine

Michigan Chrome and Chemical Cy, Detroit, Michigan.

La couche d'interconnexion en série de l'indium a été évaporée de façon isotrope sur la couche de titane jusqu'à obtenir une épaisseur d'environ 200 nanomètres. Ensuite, on a recouvert le dispositif d'un photoresist positif, Shipley 1350-H, et on l'a exposé au travers d'un photo-masque aligné de façon à placer le troisième jeu de rainures, adjacent au second jeu de rainures. L'indium en excès a été ensuite

éliminé par décapage à l'aide d'une solution d'attaque chimique compre-

nant une partie d'acide chlorhydrique concentré, une partie de H 202 à 30 % et 6 parties d'eau en volume. On a enlevé le photoresist restant et le "Microstop" par un lavage à l'acétone, un lavage à l'eau, un lavage à l'eau désionisée et finalement on a procédé au séchage du dispositif dans un four pendant une durée de l'ordre de 30 minutes à 1 heure à

une température de 1000C.

Les court-circuits et les shunts ont été éliminés du- dispositif selon le processuskadiqué dans le brevet américain n0 4 166 918. Les conducteurs de contact d'un câble de cuivre souple ont été fixés aux

électrodes terminales par un adhésif époxy-argent.

La batterie solaire a été illuminée par une lumière présentant

une intensité d'un soleil, en utilisant une lampe de projection à halogène-

tungstène, telle que la lampe Sylvania ELH, de 300 watts sous 120 volts.

La batterie solaire présentant une tension totale en circuit ouvert (VOC) d'environ 12, 6 volts, un facteur de charge (F) de l'ordre de 0, 56 et un courant de court-circuit (Jsc) d'environ 1, 82 mA/cm avec un rendement total d'environ 1, 42 %. En utilisant pour l'illumination une lampe ayant une intensité de deux soleils, le rendement total de la cellule est passé de 1, 42 % à environ 1, 45 %, le facteur de charge (F) ayant augmenté

de 0,56 à 0, 57.

Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en englobe

toutes les variantes.

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Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Batterie solaire au silicium amorphe comprenant un substrat

transparent ayant une première surface principale incidente au rayonne-

ment solaire et une seconde surface principale opposée, caractérisée en ce qu'elle comprend: une pluralité de bandes (34) d'oxyde conducteur transparent sur la dite seconde surface principale opposée; une pluralité

de cellules solaires au silicium amorphe hydrogéné (20, 21, 22) à jonc-

tion tandem, réalisées par dessus une partie principale de chacune des dites bandes d'oxyde conducteur transparent et en contact électrique avec les bandes, les dites cellules solaires ayant une pluralité de couches semi-conductrices de silicium amorphe hydrogéné (38, 42) comportant des régions de type de conductivité différent, ces couches étant séparées par une jonction tunnel (40), les dites cellules solaires présentant une largeur telle que la perte d'énergie dûe à l'épaisseur est inférieure à la perte d'énergie résultant de l'incorporation d'une électrode de grille métallique dans l'oxyde transparent conducteur et des moyens pour relier

en série les dites cellules solaires.

2. Batterie solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dites couches de silicium amorphe hydrogéné (38-42) possèdent une région (38a-42a) de conductivité de type p qui constitue la région incidente de la dite couche, une région de silicium amorphe intrinsèque (38b-42b) contigtie à la région de type p et une région de conductivité de

type n+ (38c-42c) contigue à la dite région intrinsèque.

3. Batterie solaire selon l'une des revendications 1 ou 2, carac-

térisée en ce que la dite jonction tunnel (40) est constituée entre la région de type n+ d'une couche incidente de silicium amorphe et la

région de type p de la couche suivanfede silicium amorphe.

4. Batterie solaire selon l'une quelconque des revendications pré-

cédentes, caractérisée en ce que la dite jonction tunnel est une couche sé-

parée constituée d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le

cermet de PtSiO2, le nickel, le molybdène ou le titane.

5. Batterie solaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que la dite couche en jonction tunnel est constituée de cermet de PtSiO2.

6. Batterie solaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que la dite couche de jonction tunnel comprend une couche métallique transparente disposée entre le dit cermet et la dite région de type n+ de la couche semi-conductrice.

7. Batterie solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour interconnecter en série les dites cellules solaires

sont réalisés sous la forme d'une couche métallique.

8. Batterie solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'énergie de bande interdite des dites couches semi-conductrices

augmente de la couche semi-conductrice incidente vers les couches semi-

conductrices suivantes.

9. Batterie solaire selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que les cellules solaires à jonction

tandem (20, 21, 22) possèdent de 2 à 5 couches semi-conductrices.

10. Batterie solaire selon la revendication 9, caractérisée en

ce que l'épaisseur de chaque région intrinsèque de chaque couche semi-

conductrice augmente à partir de la couche semi-conductrice incidente.

11. Batterie solaire selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en-ce que la largeur de la bande de cellule solaire à jonction tandem est déterminée par la formule suivante \ / oc

W = J V

sc dans laquelle V est la tension totale en circuit ouvert de la batterie solaire; oc J est la densité de courant de court-circuit; sc F est le facteur de charge; RC est la résistivité de couche de l'oxyde transparent conducteur; N est le nombre de bandes de cellule solaire de la batterie solaire, et

f est un facteur relatif au pourcentage de perte de puissance dans l'élec-

trode frontale, ce facteur étant choisi de façon à être inférieur à la perte de puissance ou d'énergie d'une électrode de grille résultant de

l'effet d'écran de cette électrodé.

12. Batterie solaire selon la revendication 11, caractérisée

en ce que W est compris entre environ 0, Z cm et 5, 0 cm.

13. Batterie solaire selon la revendication 12, caractérisée en ce que W est compris entre environ 0, 2 cm et 2, 0 cm.