Fabrication des cellules photovoltaïque. Équipement  pour les applications à l'Energie Solaire.
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Equipement  pour les applications à l'Energie Solaire.
Fabrication des cellules photovoltaïque.

La cellule Solaire type est constituée, d'une Jonction P/N photosensible réalisée à la surface d'un substrat de Silicium, de bandes  conductrices et de doigts de contact en face avant alors que la face arrière du substrat constitue l'electrode de contact inférieure. Un dépôt anti-reflet est effectué sur la face avant photosensible.

Pour la fabrication de ces types de cellules solaires, on utilise du Silicium sous forme,  soit mono-cristalline, soit poly-cristalline. Le Silicium poly-cristallin pour les applications photo-voltaïques est généralement obtenu par "Coulage" alors que le mono-cristallin est obtenu par tirage selon le procédé Czochralski. Cette méthode est similaire à celle utilisée pour le tirage des lingots de silicium dans lesquels sont découpées les plaquettes de Silicium pour la fabrication des circuits intégrés.

Le Silicium poly-cristallin est découpé en tranches de forme carrée de 125 à 150 mm de côté. Le mono-cristallin est découpé en rondelles dont le diamètre varie de 100 à 150 mm. Il arrive aussi qu'on fasse des bords droits sur les rondelles pour optimiser la densité d'intégration dans les modules de capteurs.

L'étape la plus importante dans la fabrication d'une cellule solaire est la réalisation de la jonction P/N et le couplage avec le capteur photosensible. Des dépôts anti-reflets sont réalisés pour améliorer le rendement du capteur.

La face polie des plaquettes (face active) est dopée pour la réalisation de la jonction génératrice de courant à partir de la lumière. Dans la plupart des cas le dopage est effectué avec du phosphore par diffusion thermique. 2 techniques sont utilisées:
1- Dépôt d'un film de verre de phosphore et diffusion par traitement thermique dans un four à passage : conveyor furnace. Le film préalablement déposé devra être ensuite enlevé.
2- Utilisation d'un gaz réactif (POCL3) dans un four de diffusion à haute température : horizontal furnaces. C'est aujourd'hui cette méthode qui est la plus utilisée.

Le modèle de four Koyo Thermo Systems 206, conçu pour ce type d'application et permettant de traiter des plaques jusqu'à 150 mm de diamètre répond tout à fait aux spécifications du procédé de diffusion. Les éléments chauffants (LGO) montés sur le four possèdent une masse thermique très faible et offrent la possibilité de réduire sensiblement le temps de procédé ainsi que de limiter la consommation d'énergie. Le liquide POCl3 est conditionné dans un Bulleur à Azote. L'azote se charge en POCL3 dans des conditions de température contrôlée et est acheminé jusque dans le tube réacteur. La température de dopage type est comprise entre 800 et 900C.

Pour des procédés plus exigeants (Profil de Dopage, Homogéneïté) ou des équipements automatiques, des fours verticaux, Fours Verticaux sont disponibles. La plus petite version d'un tube vertical Koyo Thermo Systems peut être intégrée, de par sa taille et son prix très réduits, dans une ligne de recherche et développement. Le modèle VF1000, conçu comme un four à capacité réduite (mini-batch), permet un chargement manuel et reste très flexible quand à la taille et la forme des substrats pouvant être traités. Ce four est également équipé d'un élément chauffant type LGO. Les performances de ce four en matière de procédé sont comparables à celles des fours de production pour les circuits intégrés.

Pour la production de masse, Koyo Thermo Systems a spécialement développé un four vertical donnant  des résultats meilleurs que ceux obtenus dans un four horizontal sans augmenter pour autant le coût de fabrication des cellules solaires. Ce four a la capacité de traiter 600 à 800 cellules par cycle, soit le même nombre que dans un tube horizontal. L'automatisme en général est plus fiable que celui d'un four horizontal.

Le contact avec les cellules photo est fait par l'impression de pâte métallique épaisse. Pour le contact en face arrière on utilise généralement de la pâte d'aluminium. Les doigts de contact de la face avant sont généralement en Argent. Les pâtes utilisées pour le contact sont ensuite brûlées dans un Four à passage. Le modèle de four oyo Thermo Systems 47-MT est parfaitement éprouvé pour ce procédé. Le brûlage peut être fait sans oxygène et même sous atmosphère réductrice (gaz composé). Le chargement et le déchargement des cellules peut être effectué automatiquement.

The last step of the manufacturing of crystalline solar cells is the deposition of the anti-reflective coating. In most cases silicon nitride is deposited by PECVD-technology.

Après tests, les cellules sont intégrées à des modules solaires par soudure. Cette opération peut être effectuée dans un Four à souder. Les pièces défilent sur un tapis à mailles sous une température de 260 °C. L'intérieur du four est maintenu sous un flux gazeux qui peut être de l'azote ou un gaz composé réducteur. Les aspects maintenance et sécurité ont fait l'objet d'une attention toute particulière lors de la réalisation de ce four.

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