À la base, un système PECVD (Dépôt Chimique en Phase Vapeur Assisté par Plasma) est utilisé dans la fabrication des cellules solaires PERC pour déposer des couches de passivation diélectriques critiques sur les surfaces avant et arrière de la plaquette de silicium. Pour la surface arrière, il applique une pile composée d'une fine couche d'oxyde d'aluminium (Al₂O₃ ou AlOx) suivie d'une couche supérieure de nitrure de silicium (SiNₓ:H). La surface avant reçoit une seule couche de nitrure de silicium qui sert également de revêtement antireflet.
Le rôle fondamental du système PECVD dans le processus PERC n'est pas simplement d'ajouter des couches, mais d'ingénierie de précision les propriétés électroniques des surfaces de la cellule. Ce processus, connu sous le nom de passivation, neutralise les défauts qui piégeraient autrement les porteurs de charge, empêchant directement la perte d'efficacité et maximisant la puissance de sortie de la cellule.
Le problème fondamental : la recombinaison électronique
Qu'est-ce que la recombinaison de surface ?
Une surface de plaquette de silicium nue est intrinsèquement imparfaite, contenant des « liaisons pendantes » là où le réseau cristallin se termine brusquement. Ces liaisons non terminées agissent comme des pièges pour les électrons et les trous (porteurs de charge) générés par la lumière du soleil.
Lorsque ces porteurs sont piégés, ils se recombinent et sont perdus avant de pouvoir être collectés sous forme de courant électrique. Ce processus, la recombinaison de surface, est une cause principale de perte d'efficacité dans les cellules solaires standard.
La solution PERC : la passivation
La technologie PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) s'attaque directement à cette perte. En déposant des films diélectriques spécifiques à l'aide du PECVD, ces défauts de surface sont effectivement « guéris » ou neutralisés.
Cette passivation permet aux porteurs de charge de se déplacer librement vers les contacts électriques, augmentant considérablement le nombre d'électrons collectés et, par conséquent, augmentant l'efficacité globale de la cellule.
Le processus PECVD en détail
Le côté arrière : une pile haute performance
L'innovation clé dans le PERC est la pile de passivation sophistiquée de la surface arrière.
Une très fine couche d'oxyde d'aluminium (AlOx) est déposée directement sur le silicium. L'AlOx offre une excellente passivation chimique en saturant les liaisons pendantes et en réduisant la densité des défauts de surface.
Cet AlOx est ensuite recouvert d'une couche plus épaisse de nitrure de silicium riche en hydrogène (SiNₓ:H). Cette couche assure une passivation par effet de champ et libère de l'hydrogène lors d'une étape de cuisson ultérieure à haute température, ce qui passe davantage les défauts au sein du volume de la plaquette de silicium.
Le côté avant : une couche à double usage
Sur la face avant, le système PECVD dépose une seule couche de nitrure de silicium (SiNₓ:H). Cette couche remplit deux fonctions critiques simultanément.
Premièrement, elle passe la surface avant, réduisant les pertes par recombinaison à cet endroit. Deuxièmement, elle agit comme un revêtement antireflet (ARC), conçu avec précision pour réduire la réflexion de la lumière et maximiser la quantité de lumière solaire pénétrant dans la cellule.
Comprendre les nuances de fabrication
Intégration du dépôt d'AlOx et de SiNₓ
Les systèmes PECVD modernes pour la production PERC sont conçus pour gérer les processus de dépôt d'AlOx et de SiNₓ. Cette capacité est cruciale pour la fabrication à haut débit.
Le dépôt de ces différents matériaux nécessite différents gaz précurseurs et conditions de processus. La gestion des deux sur une seule plateforme réduit l'encombrement en usine, les dépenses en capital et le temps de manipulation des plaquettes.
Le rôle de la séparation des gaz
Pour éviter la contamination croisée entre les processus de dépôt d'AlOx et de SiNₓ, les outils PECVD avancés intègrent souvent une chambre de séparation des gaz ou un mécanisme d'isolation similaire.
Ceci garantit que les gaz précurseurs pour un film n'interfèrent pas avec le dépôt de l'autre, maintenant la haute qualité et la pureté requises pour une passivation efficace.
L'importance de l'uniformité
L'efficacité de la passivation et de l'antireflet dépend de l'épaisseur précise et de l'uniformité de ces couches à l'échelle nanométrique. Le système PECVD doit offrir un contrôle exceptionnel sur toute la plaquette pour garantir des performances constantes d'une cellule à l'autre.
Application à vos objectifs
Pour toute équipe travaillant avec la technologie PERC, la compréhension du processus PECVD est essentielle pour contrôler les performances finales de la cellule.
- Si votre objectif principal est de maximiser l'efficacité de la cellule : Portez une attention particulière à la qualité et à l'épaisseur de la couche initiale d'AlOx, car son effet de passivation chimique est le fondement du gain de performance du PERC.
- Si votre objectif principal est la fabrication à haut débit : Privilégiez les systèmes PECVD intégrés capables d'exécuter les dépôts d'AlOx et de SiNₓ en une seule passe afin de minimiser le temps de cycle et la manipulation.
- Si votre objectif principal est la stabilité du processus et le rendement : Concentrez-vous sur les cycles de nettoyage et le conditionnement de la chambre au sein de l'outil PECVD pour éviter la contamination des films et garantir des résultats cohérents sur de longues séries de production.
La maîtrise du dépôt de ces couches de passivation est l'étape décisive qui sépare une cellule solaire standard d'une cellule PERC à haute efficacité.
Tableau récapitulatif :
| Couche | Matériau | Fonction | Avantage clé |
|---|---|---|---|
| Surface arrière | AlOx (Oxyde d'aluminium) | Passivation chimique | Neutralise les liaisons pendantes pour réduire la recombinaison de surface |
| Surface arrière | SiNx:H (Nitrure de silicium) | Passivation par effet de champ et source d'hydrogène | Assure une passivation supplémentaire et libère de l'hydrogène pour la réparation des défauts de volume |
| Surface avant | SiNx:H (Nitrure de silicium) | Passivation et revêtement antireflet | Réduit la recombinaison et minimise la réflexion de la lumière pour une efficacité accrue |
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