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WO2013030482A1 - Reflector device for rear face of optical devices - Google Patents

Reflector device for rear face of optical devices Download PDF

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Publication number
WO2013030482A1
WO2013030482A1 PCT/FR2012/051796 FR2012051796W WO2013030482A1 WO 2013030482 A1 WO2013030482 A1 WO 2013030482A1 FR 2012051796 W FR2012051796 W FR 2012051796W WO 2013030482 A1 WO2013030482 A1 WO 2013030482A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractive index
medium
network
patterns
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2012/051796
Other languages
French (fr)
Inventor
Jérôme Le Perchec
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2013030482A1 publication Critical patent/WO2013030482A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
    • H10F77/206Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1809Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F77/42Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H10F77/48Back surface reflectors [BSR]
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
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    • G02B5/26Reflecting filters
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention belongs to the field of optical reflection and is particularly applicable in optical devices such as photovoltaic cells and photonic detectors.
  • a photovoltaic cell comprises a slice of semiconductor material, usually based on monocrystalline silicon, capable of generating electron / hole pairs under the effect of an incident light flux.
  • This wafer comprises metal electrodes on each of its front and rear faces for collecting the electric current thus produced.
  • the "front” face usually designates the face of the cell receiving the incident luminous flux, and the “rear” face is the face opposite to the front face.
  • FIG. 1 is a plot of the optical absorption of three monocrystalline silicon layers with a thickness of 50 microns, 100 micrometers and 150 microns, respectively.
  • the absorption corresponds to a single passage of light through the silicon layer.
  • the optical absorption drops for wavelengths greater than about 800 nanometers, namely for near-infrared wavelengths. Wavelengths below 800 nanometers remain well absorbed. This phenomenon is explained in particular by the depth of power penetration of wavelengths in monocrystalline silicon, which is equal to 10 micrometers at 800 nanometers, and drops rapidly beyond, ranging for example from 45 micrometers to 900 nanometers. Without any particular measure, part of the incident flux therefore passes through a thin photovoltaic cell without being absorbed and is therefore lost.
  • a logical solution to compensate for this loss is to choose a metal electrode made on the entire back face taking advantage of the reflective properties of the metals, the electrode thus reflecting the portion of the luminous flux having passed through the cell towards the silicon wafer .
  • a full plate metallization of the rear face increases the sensitivity of the cell to surface defects, in particular to the effects of surface recombination of the charges between the silicon and the metal of the electrode.
  • a metal is not a perfect reflector and the electrode therefore absorbs a part of the radiation, a phenomenon that is difficult or impossible to remedy because of surface plasmons between the silicon and the metal that are generated by the presence of corrugations on the metal.
  • a metal is more strongly absorbent in the infrared. However, the absorption of infrared causes a heating of the electrode, heating which is reflected on the silicon wafer, which degrades the quantum efficiency of it.
  • a partial metallization of the rear face is carried out, usually by depositing on the back side of the wafer one or more layers of transparent dielectric passivation materials, for example silica, alumina or nitride. silicon, through which are formed openings for effecting the metallization of the electrode on the rear face.
  • transparent dielectric passivation materials for example silica, alumina or nitride. silicon
  • the portions of the rear face which include only the passivation layer or layers, have a transparency disadvantageous and in particular do not substantially reflect the near infrared.
  • the portion of luminous flux passing through the thin wafer at these portions is lost.
  • Many alternative solutions to full-plate metallization have been proposed, in particular the formation of a Bragg mirror or photonic crystals on the rear face.
  • these optical structures are bulky, require delicate technological manufacturing processes, and are incompatible with the manufacture of electrodes which requires deep annealing and etching in order to make ohmic metal / silicon alloy contacts.
  • FIG 2 which shows Figure 1 of WO2005 / 089098, the latter describes a reflective optical structure 10 with high reflectivity comprising a substrate 12 made of silicon, on which rests a layer 14 of low-index material. refraction in Si0 2 , and a periodic grating of "sub-wavelength" patterns, that is to say at least one of its geometrical characteristics is smaller than the wavelength range with which structure is intended to interact.
  • the network is formed on the low-index layer 14 and consists of parallel strips 16, identical, of rectangular section, regularly spaced and made of high refractive index material, such as polysilicon.
  • the space 18 separating the strips 16, as well as the space above them, is filled with a material of low refractive index, namely air.
  • the structural design parameters 10 are the refractive indices of the various elements 12, 14, 16, 18, the period A of the periodic grating strips 16, the thickness t g _ strips 16, the fill factor FF network, defined as the ratio of the width / g of the strips 16 over the period A, and the thickness _ ti of the low index layer 14.
  • the refractive index of the silicon substrate 12 is equal to 3.48
  • the refractive index of the low index layer 14 is equal to 1.47
  • the refractive index of the air 18 is equal to 1
  • the refractive index of the bands 16 is equal to 3.48.
  • the reflectivity is here considered for incident radiation on the strip network 16 as illustrated by the arrow 20.
  • the structure 10 behaves as a near-perfect mirror for a wide range of centered wavelengths on the value 1.5 ⁇ .
  • the medium 18 in which they must be immersed must necessarily be of lower refractive index. It is thus observed that, by replacing the air with silicon, the reflective behavior of the structure is very strongly degraded, its reflectivity being notably highly modulated and less than 45% due to a pronounced diffraction phenomenon. In addition, it should be noted that this type of structure has a behavior that differs very significantly in the direction of light. In particular, an incident radiation on the silicon substrate 12 of the structure 10, as illustrated by the arrow 22, simply does not have a pronounced reflective character, the structure being rather similar to a diffraction grating.
  • the first object of the present invention is therefore to provide such a structure having a high reflectivity over a wide range of wavelengths.
  • the subject of the invention is a reflector device comprising a pattern network, periodic in at least one predetermined direction, interposed between first and second different media, and in contact with said media (14, 30), the first medium being of semiconductor material, wherein:
  • the refractive index n 2 of the patterns is less than the refractive index the first medium
  • the refractive index n 3 of the second medium is less than or equal to the index of refraction n 2 of the reasons;
  • o is the period of the network in the predetermined direction
  • o is the width of the patterns of the network according to the direction
  • o is the thickness of the patterns of the network.
  • the structure of the aforementioned type has a high reflectivity over a wide range of wavelengths for a luminous flux passing through the first medium, for example a semiconductor material, such as silicon, it is that is, a material that has a high refractive index.
  • the ratio is greater than or equal to 0.4 and lower or
  • the thickness of the patterns of the grating is greater than or equal to less than 0.05.
  • the network becoming more transparent at this wavelength as the thickness of the patterns decreases. More particularly, the thickness of the patterns is chosen even higher than the contrast between the indices r and n 2 is low, which allows to obtain a constant or equivalent result for different thicknesses and indices.
  • the material of the first medium is, for example, crystalline silicon
  • the refractive index n 2 of the patterns of the grating is less than or equal to 0.75 times the refractive index r of the first medium, and preferably less than or equal to 0.5 times the refractive index of the first medium.
  • Refractive index contrast less than or equal to 0.75 makes it possible to obtain a maximum reflectivity close to 1.
  • the rear face of the network comprises an intermediate layer, in particular a passivation layer, of refractive index n 2, which is between the refractive index n 2 of the patterns and the refractive index n 3. medium and thickness less than or equal to the thickness 3 ⁇ 4 of the patterns.
  • the intermediate layer consists of SiOx, in particular Si0 2, Al 2 03 SiN, SiN 4, Zr0 2, Ti0 2, B 2 0 3, of a polymer such as e.g. PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, especially ZnO, Sn0 2 or ⁇ , or a conductive transparent resin.
  • the passivation layer is generally necessary to ensure good performance of certain devices, and in particular the operation of a photovoltaic cell.
  • the invention therefore also applies to photovoltaic cells having such a passivation layer.
  • the front face of the network comprises a layer made of a material different from the material of the first medium, the different material having a refractive index ⁇ of between 0.8 times and 1.2 times the index of refraction r of the material of the first medium, and greater than the index of refraction n 2 of the patterns of the network.
  • the material of the first medium is crystalline silicon and the different material is amorphous silicon or a III-V type semiconductor material.
  • the active function for example, photovoltaics of a photovoltaic cell
  • the reflector device according to the invention therefore applies to such devices.
  • the periodic grating has at least two directions according to which it has a periodicity, in particular at least two perpendicular directions, so that the grating is insensitive to the polarization of light.
  • the first medium is for example made of silicon, and the units consist of SiOx, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , Si, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 0 3 , a polymer such as for example PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, in particular ZnO, SnO 2 or ⁇ , or a transparent resin conductive.
  • the medium covering the periodic network is air.
  • the medium covering the periodic network is an encapsulation layer, especially ethylene-vinyl acetate, polychlorinated biphenyl, or an epoxy resin.
  • a second object of the invention is to provide a reflective structure on the rear face of a photovoltaic cell, and more particularly a non-necessarily metallic structure having a high reflectivity over a wide range of wavelengths shorter than the wavelength. breaking of the cell, and this for a luminous flux that passes through the photovoltaic cell.
  • the invention also relates to a photovoltaic device comprising a slice of semiconductor material for absorbing a luminous flux, said slice having a front face receiving the incident luminous flux, a rear face opposite to the front face, and an electrode partially covering the rear face, in which:
  • the refractive index n 2 of the patterns is less than the refractive index the first medium
  • the refractive index n 3 of the second medium is less than or equal to the index of refraction n 2 of the reasons;
  • o is the period of the network in the predetermined direction, and is a wavelength setting the network less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor material of the wafer;
  • W is the width of the patterns of the network according to the direction
  • a reflector device of the aforementioned type is formed on at least a portion of the rear face of the wafer not covered by the electrode, said wafer constituting the first medium of the reflector device.
  • the slice of absorbent material has a drop in its optical absorption in a predetermined range of wavelengths less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor material, and the length of setting wave of the network is between
  • the adjustment wavelength is the lower bound of said range.
  • the adjustment wavelength is substantially equal to the lower limit of said range. This allows
  • the refractive index n 2 of the patterns of the grating is less than or equal to 0.75 times the refractive index r of the first medium, and preferably less than or equal to 0.5 times the index. of refraction r of the first medium.
  • the invention also relates to the use of a reflector of the aforementioned type for reflecting a light flux incident on the first medium in a wavelength range greater than or equal to the wavelength of adjustment
  • the wafer is made of silicon, and the lower limit is between 750 nanometers and 800 nanometers.
  • the wafer is made of germanium, and the lower limit is greater than 1 micrometer.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a photovoltaic device comprising a wafer of semiconductor material based on silicon for the absorption of a luminous flux, said wafer having a front face receiving the incident luminous flux, a rear face opposite to the front face, and an electrode partially covering the rear face.
  • this method consists of:
  • a pattern network periodic in at least one predetermined direction, of refractive index n 2 less than the refractive index semiconductor material, and made in the thickness of at least a portion of the rear face not covered by the electrode;
  • the network being defined by relations: is the period of the network in the predetermined direction, is
  • n 3 is the refractive index of the medium covering the network
  • the absorbent semiconductor material is crystalline silicon, and the wafer has a thickness of less than 150 microns.
  • FIG. 1 is an optical absorption route of thin silicon wafers as a function of incident wavelength thereon;
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a reflective sub-wave length according to the prior art structure
  • FIG. 3 is a plot of the reflectivity of the structure of Figure 2 as a function of the incident wavelength thereon;
  • ⁇ figure 4 is a schematic bottom view of a device according to a first embodiment of the invention illustrating an arranged wave length sub-network on the rear face of a photovoltaic cell;
  • FIG. 5 is a schematic sectional view along the plane AA of Figure 4.
  • Figure 6 is a schematic sectional detail view of the device of Figure 4.
  • FIG. 7 is a plot illustrating the shape of the reflectivity obtained by wave length sub-structures of a device according to the invention depending on the incident wavelength on such structures;
  • FIG. 8 a schematic detail view in section of a device according to a second embodiment of the invention.
  • Figures 9a and 9b are detail diagrammatic views in section of a device according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 10 details a sectional schematic view of a device according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 11 a schematic detailed view in section of a device according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 12 is a schematic top view of a periodic array according to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 13 is a schematic top view of a periodic array according to a seventh embodiment of the invention.
  • FIGS. 4 to 6 a first embodiment of a photovoltaic device 10 according to the invention.
  • the device 10 comprises a photovoltaic cell 12.
  • the cell 12 comprises a wafer 14 of refractive index absorbing material ⁇ , in particular monocrystalline silicon or polycrystalline silicon which may comprise a germanium fraction less than 10%.
  • This wafer has a front face 16, intended to be irradiated by incident radiation 18 to be converted into current, and a rear face 20 opposite to the front face 16.
  • the thickness of the wafer 14 is between 5 micrometers and 150 micrometers, and thus allows a portion of incident radiation 18 to pass, in particular wavelengths greater than about 800 nanometers as illustrated in FIG.
  • the cell 12 also comprises an array of metal electrodes 22 formed on and / or in the front face 16 for collecting the current generated in the wafer 14 by the absorption of the incident radiation, said electrodes being in ohmic contact with one or more PN junctions (not shown) made in the wafer 14.
  • the cell 12 comprises an array of metal electrodes 24 formed on and / or in the rear face 20 for the application of a potential to said rear face 20, said electrode array 24 only partially covering the rear face 20.
  • the elements just described are conventional and therefore will not be described in more detail later. It will be remembered that the invention applies to any type of photovoltaic cell whose rear face 20 is not completely covered by metal.
  • a periodic grating 26 of patterns 28, of refractive index n 2 is produced in the thickness of the portions of the rear face 20 between the electrodes 24 of the rear face.
  • the grating 26 is constituted by parallel strips 28, identical, of rectangular section, regularly spaced, and arranged in the same direction X.
  • the grating 26 is therefore periodic in the direction Y perpendicular to the direction X.
  • the device 10 finally comprises a medium 30 of refractive index n 3 in contact with the periodic network 26.
  • the geometrical characteristics of the grating 26 and the refractive indexes n 1 , n 2 , and n 3 satisfy the following relationships:
  • P is the period of the grating 26 along the Y direction
  • W is the width of the strips 28 along the Y direction;
  • h 1 is the thickness of the strips 28.
  • the periodic grating 26 thus has a high reflectivity in a wide range of wavelengths, in particular a width range greater than 200 nanometers, as schematically illustrated in FIG. 7.
  • the period P of the network 26 makes it possible to adjust the position of the range of high reflectivity wavelengths, and more particularly the lower limit of this range.
  • the adjustment wavelength is chosen to be less than or equal to, or equivalent way the period P of the network 26 is chosen less than or equal to.
  • the lower bound of the high reflectivity range is especially chosen between 300
  • nanometers and 1000 nanometers are nanometers and 1000 nanometers.
  • the high reflectivity range of the grating 26 is thus set to coincide at least partially, and advantageously completely with the weak optical absorption range of the wafer 14, that is to say that the grating 26 is set to match the values .
  • the lower limit is set between 750 nanometers and 800 nanometers.
  • the period P of the network 26 is adjusted to a lower value between the network 26 behaves
  • the refractive indices r, n 2 , and n 3 and more particularly the index contrasts of the relations (1) and (2), the ratio, and the thickness of the relation (5) allow
  • a report according to relation (4) preferably a ratio of between 0.4 and 0.7 to optimize both the network function and the reflection function, and a thickness between, make it possible to obtain a reflectivity plateau greater than 0.9
  • the network 26 therefore behaves as a near-perfect mirror plane over a wide range of wavelengths greater than the wavelength.
  • the thickness of the patterns 28 is chosen the higher the index contrast is low. Indeed, the lower the index difference, the greater the thickness
  • the units 28 are advantageously constituted by SiOx, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , SiN, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , a polymer such as, for example PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, especially ZnO, Sn0 2 or ⁇ , or a conductive transparent resin.
  • Materials with a high melting point, such as Si0 2 , Al 2 O 3 , and TiO 2 are preferred because they are known in the manufacture of silicon-based components. and that the patterns 28 made of these materials undergo substantially no degradation during final anneals usually used in the manufacture of photovoltaic cells.
  • the medium 30 is air with a refractive index close to 1.
  • the units 30 may be filled with air, the network 26 then consisting of a trench network.
  • the photovoltaic cell 12 with its grating is encapsulated in a low refractive index protection material constituting the medium 30, such as for example EVA (ethylene-vinyl acetate), PCB (polychlorinated biphenyl), a epoxy resin, or PMMA, which are transparent and have a refractive index of less than 1.5.
  • a low refractive index protection material constituting the medium 30, such as for example EVA (ethylene-vinyl acetate), PCB (polychlorinated biphenyl), a epoxy resin, or PMMA, which are transparent and have a refractive index of less than 1.5.
  • the absorption wafer 14 consists of a single material and the network is in direct contact with the medium 30.
  • the cell 12 has a more complex structure at the level of its back side.
  • a thin film 40 of refractive index material different from the absorbent material
  • the layer 40 is for example planar or in line with the network 26 as illustrated in FIG. a thickness above
  • the layer 40 is made of amorphous silicon or a type III-V semiconductor. Such a layer 40 does not substantially modify the reflectivity of the grating 26 as described above and makes it possible, for example, to constitute active elements, in particular photodiodes, on this face of the wafer 14.
  • an intermediate layer in particular a passivation layer 42, of refractive index n 2 , covers at least the portions of the rear face 20 Without metallization, and advantageously all of the rear face 20.
  • the passivation layer 42 improves the performance of the photovoltaic cell and consists of a transparent dielectric or slightly conductive material.
  • the refractive index n 2 of the layer 42 is chosen between the refractive index n 2 of the patterns 28 and the refractive index n 3 of the medium 30, and the thickness h 2 of the passivation layer 42 is smaller than the thickness of the patterns 28, so that the layer 42 does not substantially modify the reflectivity of the grating 26 as described above.
  • the passivation layer 42 may be flat, as shown in FIG. 9a, or conform to the shape of the patterns 28 of the grating 26, the passivation layer 42 defining in the latter case an array of patterns, as illustrated in FIG. Figure 9b.
  • the reflectivities of the grating 26 for these two embodiments of the layer 42 are substantially identical. Simple production methods of the patterns 28 and the layer 42 can thus be used by depositing the same thickness of material on the rear face 20 in which trenches are formed.
  • the layer 42 may also be made of the same material as that of the patterns 28.
  • the layer 42 consists of SiOx, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , Si, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , a polymer such as for example PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, in particular ZnO, SnO 2 or ⁇ , or a transparent conductive resin.
  • SiOx in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , Si, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 O 3
  • a polymer such as for example PMMA (polymethyl methacrylate)
  • a transparent conductive oxide of low refractive index in particular ZnO, SnO 2 or ⁇
  • a transparent conductive resin in particular ZnO, SnO 2 or ⁇
  • the patterns 28 of the grating 26 have a rectangular section. Other sections are possible for the patterns 28, such as for example a trapezoidal section as illustrated in FIG. 10, the width W being that at mid-height of the patterns 28, or a semicircular section as illustrated in FIG. Figure 11, the width W being the diameter of the semicircles.
  • the periodic grating 26 is one-dimensional, that is to say it has only one direction of periodicity, namely the Y direction perpendicular to the strips 28.
  • Two-dimensional gratings, c that is to say comprising at least two periodicity axes, are also possible, for example to make the device independent of the polarization of the incident light.
  • the pattern pattern includes bands forming closed concentric contours, such as concentric squares as shown in FIG. 12, or concentric circles.
  • the network is a matrix of square, rectangular or circular islands, as illustrated in FIG. 13. The relationships described above then apply at each periodicity, the characteristics of the network possibly being identical or different according to the directions of periodicity. Examples of reflectivity and periodic network transmission 26 will be described as a function of the incident wavelength on a device according to the invention comprising an absorption slice 14 of crystalline silicon of refractive index r equal to at 3.55 and less than 150 micrometers thick, networks being set to define a lower limit substantially equal to 800 nanometers.
  • Figure 14 is a reflectivity plot of a periodic array 26 of rectangular section strips 28.
  • the patterns 28 of the grating 26 are in Si0 2 , of refractive index n 2 equal to
  • the period P of the network is equal to 700 nanometers and the medium 30 is air of refractive index n 3 equal to 1.
  • the ratio is equal to 0.55, and the thickness of the patterns 28 is
  • the reflectivity in solid line corresponds to a grating 26 directly in contact with the air
  • the dotted line reflectivity corresponds to a grating 26 covered with a passivation layer 42 made of Si0 2 with a thickness h 2 equal to 100 nanometers.
  • the passivation layer 42 has the effect of reinforcing the reflectivity plateau of the grating 26.
  • Figure 15 is a plot of the reflectivity and transmission of a periodic array 26 of strips 28 of rectangular section.
  • the patterns 28 of the grating 26 are made of A1 2 0 3 , of refractive index n 2 equal to 1.8, the period P of the grating is equal to 575 nanometers, and the medium 30 is a transparent encapsulation material.
  • refractive index n 3 equal to
  • the ratio is equal to 0.55, and the thickness of the patterns 28 is equal to 250
  • the grating 26 is also covered with a passivation layer 42 at A1 2 0 3 with a thickness h 2 of 50 nanometers.
  • FIG. 16 is a plot of reflectivity and transmission of reflectivity and transmission of a periodic grating 26 of rectangular section strips 28.
  • the patterns 28 of the grating 26 are made of SiN, of refractive index n 2 equal to 2, the period P of the grating is equal to 530 nanometers, and the medium 30 is a transparent encapsulation material of refractive index n 3 equal to 1.45.
  • the ratio is equal to 0.6, and the thickness of
  • the patterns 28 is equal to 270 nanometers.
  • the grating 26 is also covered with a passivation layer 42 of SiN having a thickness h 2 of 50 nanometers.
  • FIG. 17 is a plot of the reflectivity of a periodic grating 26 of trapezoidal section strips 28.
  • the patterns 28 of the grating 26 are made of Si0 2 , the period P of the grating is equal to 700 nanometers and the medium 30 is air.
  • the report is equal to
  • the thickness of the patterns 28 is equal to 250 nanometers, and the network 26 is directly in contact with the air.
  • FIG. 18 is a plot of the reflectivity of a periodic grating 26 of strips 28 with semicircular section.
  • the patterns 28 of the grating 26 are made of Si0 2 , the period P of the grating is equal to 700 nanometers, and the medium 30 is air.
  • the report is equal to
  • the thickness of the patterns 28 is equal to 250 nanometers, and the network 26 is directly in contact with the air.
  • the embodiments described above are not mutually exclusive of each other and can be combined.
  • Silicon-based photovoltaic cells have been described.
  • the invention also applies to other types of photovoltaic devices, and more generally photonic devices, for example infrared detectors.
  • the invention applies to devices comprising an absorbing semiconductor material different from silicon, for example an absorbent material in CdTe, CdHgTe, InSb, Ge, or GaP.
  • the detectors to which the invention applies comprise, as in the photovoltaic device embodiments described above, a semiconductor substrate whose front face, which receives the light, comprises the active detection element, and one face rear which comprises the reflector device according to the invention.
  • the photovoltaic device comprises an absorption slice made of germanium and the lower limit of the high reflection range of the grating is greater than 1 micrometer.

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Abstract

A reflector device comprises an array (26) of patterns (28), which is periodic along at least one predetermined direction (Y), and is interposed between a first and a second different media (14, 30), the first medium (14) being a semiconducting material. Furthermore: ■ the refractive index n2 of the patterns (28) is lower than the refractive index n1 of the first medium (14); ■ the refractive index n3 of the second medium (30) is lower than or equal to the refractive index n2 of the patterns (28); ■ the array (26) is defined by the relations: P = λreg/n3, where P is the period of the array (26) in the predetermined direction (Y), and λreg is a wavelength of adjustment of the array (26) which is less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconducting material of the first medium (14); 0.2 ≤ W/P ≤ 0.9, where W is the width of the patterns (28) of the array (26) in the predetermined direction (Y); and h1 ≤ n2 x λreg/2, where h1 is the thickness of the patterns (28) of the array (26).

Description

DISPOSITIF RÉFLECTEUR POUR FACE ARRIÈRE DE DISPOSITIFS OPTIQUES DOMAINE DE L'INVENTION  REFLECTIVE DEVICE FOR REAR SIDE OF OPTICAL DEVICES FIELD OF THE INVENTION

La présente invention appartient au domaine de la réflexion optique et trouve particulièrement application dans les dispositifs optiques comme les cellules photovoltaïques et les détecteurs photoniques.  The present invention belongs to the field of optical reflection and is particularly applicable in optical devices such as photovoltaic cells and photonic detectors.

ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART

De façon sommaire, une cellule photovoltaïque comporte une tranche de matériau semiconducteur, usuellement à base de silicium monocristallin, apte à générer des paires électron/trou sous l'effet d'un flux lumineux incident. Cette tranche comporte des électrodes métalliques sur chacune de ses faces avant et arrière pour la collecte du courant électrique ainsi produit. La face « avant » désigne usuellement la face de la cellule recevant le flux lumineux incident, et la face « arrière » est la face opposée à la face avant. Briefly, a photovoltaic cell comprises a slice of semiconductor material, usually based on monocrystalline silicon, capable of generating electron / hole pairs under the effect of an incident light flux. This wafer comprises metal electrodes on each of its front and rear faces for collecting the electric current thus produced. The "front" face usually designates the face of the cell receiving the incident luminous flux, and the "rear" face is the face opposite to the front face.

On constate actuellement une production de cellules photovoltaïques qui présentent des tranches de silicium de plus en plus minces afin, d'une part, de réaliser une économie en matériau actif, et d'autre part, de diminuer la distance moyenne de parcours des charges photo-générées dans le silicium vers les électrodes de collecte, et donc de limiter les recombinaisons volumiques des charges. Cette diminution de l'épaisseur de la tranche de silicium implique cependant une baisse de l'efficacité d'absorption optique globale, puisque la tranche est d'autant plus transparente au flux lumineux incident qu'elle est mince. Cette transparence n'est cependant pas uniforme sur le spectre lumineux et intervient principalement dans une plage spectrale infrarouge proche de la longueur d'onde de la bande interdite de la tranche. There is currently a production of photovoltaic cells that have increasingly thin silicon wafers in order to, on the one hand, achieve a saving in active material, and on the other hand, to reduce the average distance of travel of photo charges -Generated in the silicon towards the collection electrodes, and thus to limit the volume recombinations of the charges. This reduction in the thickness of the silicon wafer, however, implies a decrease in the overall optical absorption efficiency, since the wafer is all the more transparent to the incident light flux that it is thin. This transparency is however not uniform on the light spectrum and occurs mainly in an infrared spectral range close to the wavelength of the band gap.

La figure 1 est un tracé de l'absorption optique de trois couches de silicium monocristallin d'épaisseur respectivement égale à 50 micromètres, 100 micromètres et 150 micromètres. L'absorption correspond à un seul passage de la lumière au travers de la couche de silicium. Comme on peut le constater, l'absorption optique chute pour des longueurs d'onde supérieures à environ 800 nanomètres, à savoir pour les longueurs d'onde du proche infrarouge. Les longueurs d'onde inférieures à 800 nanomètres restent quant à elles bien absorbées. Ce phénomène s'explique notamment par la profondeur de pénétration en puissance des longueurs d'onde dans le silicium monocristallin, qui est égale à 10 micromètres à 800 nanomètres, et chute rapidement au-delà, valant par exemple 45 micromètres à 900 nanomètres. Sans mesure particulière, une partie du flux incident traverse donc une cellule photovoltaïque mince sans être absorbée et est donc perdue. Une solution logique pour compenser cette perte est de choisir une électrode métallique réalisée sur la totalité de la face arrière en profitant des propriétés réflectrices des métaux, l'électrode réfléchissant ainsi la partie du flux lumineux ayant traversé la cellule en direction de la tranche de silicium. FIG. 1 is a plot of the optical absorption of three monocrystalline silicon layers with a thickness of 50 microns, 100 micrometers and 150 microns, respectively. The absorption corresponds to a single passage of light through the silicon layer. As can be seen, the optical absorption drops for wavelengths greater than about 800 nanometers, namely for near-infrared wavelengths. Wavelengths below 800 nanometers remain well absorbed. This phenomenon is explained in particular by the depth of power penetration of wavelengths in monocrystalline silicon, which is equal to 10 micrometers at 800 nanometers, and drops rapidly beyond, ranging for example from 45 micrometers to 900 nanometers. Without any particular measure, part of the incident flux therefore passes through a thin photovoltaic cell without being absorbed and is therefore lost. A logical solution to compensate for this loss is to choose a metal electrode made on the entire back face taking advantage of the reflective properties of the metals, the electrode thus reflecting the portion of the luminous flux having passed through the cell towards the silicon wafer .

Toutefois, une telle solution n'est pas satisfaisante pour les tranches minces. Tout d'abord, il se pose un problème quant à la tenue mécanique d'une tranche mince lors des différentes étapes de fabrication de la cellule. Notamment, une métallisation pleine plaque réalisée en face arrière de la tranche, par exemple d'aluminium, engendre une contrainte mécanique sur la tranche de silicium lors des étapes de recuit mises en œuvre pour former un contact ohmique entre la tranche de silicium et la métallisation déposée sur la face arrière. Or, cette contrainte est d'autant plus élevée que la tranche de silicium est mince. En outre, pour une tranche constituée de silicium monocristallin, cette contrainte mécanique se reporte sur le cristal de silicium, ce qui augmente fortement le risque de casse de celui-ci. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle, il n'est pas utilisé d'électrode pleine plaque pour les tranches de silicium minces mais plutôt une métallisation partielle de la face arrière sous forme de grille métallique. However, such a solution is not satisfactory for thin slices. First, there is a problem as to the mechanical strength of a thin wafer during the various stages of manufacture of the cell. In particular, a full plate metallization carried out on the rear face of the wafer, for example aluminum, generates a mechanical stress on the silicon wafer during the annealing steps used to form an ohmic contact between the wafer and the metallization. deposited on the back side. However, this constraint is even higher than the silicon wafer is thin. In addition, for a slice made of monocrystalline silicon, this mechanical stress is reflected on the silicon crystal, which greatly increases the risk of breakage of it. This is also why it is not used full plate electrode for thin silicon wafers but rather a partial metallization of the back side in the form of metal grid.

Ensuite, une métallisation pleine plaque de la face arrière augmente la sensibilité de la cellule aux défauts de surface, notamment aux effets de recombinaison en surface des charges entre le silicium et le métal de l'électrode. Enfin, un métal n'est pas un réflecteur parfait et l'électrode absorbe donc une partie du rayonnement, phénomène auquel il est difficile, voire impossible, de remédier en raison de plasmons de surface entre le silicium et le métal qui sont générés par la présence de corrugations sur le métal. En outre, un métal est plus fortement absorbant dans les infrarouges. Or, l'absorption des infrarouges provoque un échauffement de l'électrode, échauffement qui se répercute sur la tranche de silicium, ce qui dégrade l'efficacité quantique de celle-ci. Then, a full plate metallization of the rear face increases the sensitivity of the cell to surface defects, in particular to the effects of surface recombination of the charges between the silicon and the metal of the electrode. Finally, a metal is not a perfect reflector and the electrode therefore absorbs a part of the radiation, a phenomenon that is difficult or impossible to remedy because of surface plasmons between the silicon and the metal that are generated by the presence of corrugations on the metal. In addition, a metal is more strongly absorbent in the infrared. However, the absorption of infrared causes a heating of the electrode, heating which is reflected on the silicon wafer, which degrades the quantum efficiency of it.

Pour toutes ces raisons, il est réalisé une métallisation partielle de la face arrière, usuellement en déposant sur la face arrière de la tranche une ou plusieurs couches de matériaux diélectriques transparents de passivation, par exemple de la silice, de l'alumine ou du nitrure de silicium, au travers desquelles sont formées des ouvertures pour réaliser la métallisation de l'électrode en face arrière. Toutefois, les portions de la face arrière, qui ne comprennent que la ou les couches de passivation, présentent une transparence désavantageuse et notamment ne réfléchissent sensiblement pas les proches infrarouges. La portion de flux lumineux traversant la tranche mince au niveau de ces portions est donc perdue. De nombreuses solutions alternatives à une métallisation pleine plaque ont été proposées, notamment la formation d'un miroir de Bragg ou de cristaux photoniques en face arrière. Toutefois, ces structures optiques sont volumineuses, exigent des procédés de fabrication technologique délicats, et sont incompatibles avec la fabrication des électrodes qui nécessite des recuits et des gravures profondes afin de réaliser des contacts ohmiques en alliage métal/ silicium. For all these reasons, a partial metallization of the rear face is carried out, usually by depositing on the back side of the wafer one or more layers of transparent dielectric passivation materials, for example silica, alumina or nitride. silicon, through which are formed openings for effecting the metallization of the electrode on the rear face. However, the portions of the rear face, which include only the passivation layer or layers, have a transparency disadvantageous and in particular do not substantially reflect the near infrared. The portion of luminous flux passing through the thin wafer at these portions is lost. Many alternative solutions to full-plate metallization have been proposed, in particular the formation of a Bragg mirror or photonic crystals on the rear face. However, these optical structures are bulky, require delicate technological manufacturing processes, and are incompatible with the manufacture of electrodes which requires deep annealing and etching in order to make ohmic metal / silicon alloy contacts.

Il a également été proposé des réseaux de diffraction métallisés en face arrière de la tranche de silicium afin de rediriger une partie du flux dans la tranche, mais la redirection n'est que très partielle et valable uniquement dans une gamme étroite de longueurs d'onde définie par les caractéristiques géométriques du réseau. En outre, en l'absence de mesure de protection particulière, un réseau de diffraction métallisé supporte très mal les recuits mis en œuvre pour fabriquer les électrodes et se voit même en partie détruit. Ainsi donc, les solutions alternatives, basées sur des concepts classiques de l'optique, ne sont pas satisfaisantes puisqu'elles ne permettent pas d'obtenir simplement une face arrière qui soit réflectrice sur une large gamme spectrale, au moins sur les portions de la face arrière non pourvues de métallisation. It has also been proposed metallized diffraction gratings on the back face of the silicon wafer in order to redirect part of the flux in the wafer, but the redirection is only very partial and valid only in a narrow range of wavelengths defined by the geometric characteristics of the network. In addition, in the absence of special protection measures, a metallized diffraction grating very poorly supports the anneals used to manufacture the electrodes and is even partially destroyed. Thus, the alternative solutions, based on conventional concepts of optics, are not satisfactory since they do not allow to simply obtain a rear face that is reflective over a wide spectral range, at least on the portions of the back side not provided with metallization.

Plus récemment, il a été découvert des structures optiques uniquement constituées de matériau diélectrique, à fort contraste d'indice de réfraction, qui peuvent bloquer le passage de la lumière dans certaines bandes spectrales par couplage de la lumière à des modes de Bloch dits « lents ». Ce pouvoir de blocage dépend du dimensionnement de la structure et des indices de réfraction en présence, sans que des lois de conception bien définies aient pu jusqu'à présent être définies. On peut par exemple se référer aux travaux de Mateus et al décrits dans le document WO2005/089098 et le document « Ultrabroadband mirror using low index cladded subwavelength grating », IEEE Photonics Technology Letters, vol.16, p. 518, 2004. More recently, it has been discovered that only optical structures made of dielectric material, with high refractive index contrast, can block the passage of light in certain spectral bands by coupling light to so-called "slow" Bloch modes. ". This blocking power depends on the dimensioning of the structure and the refractive indices in the presence, without well defined design laws have so far been defined. For example, reference can be made to the works of Mateus et al described in WO2005 / 089098 and the document "Ultrabroadband mirror using low index cladded subwavelength grating", IEEE Photonics Technology Letters, vol.16, p. 518, 2004.

En se référant à la figure 2, qui reprend la figure 1 du document WO2005/089098, ce dernier décrit une structure optique réflectrice 10 à haut pouvoir réflecteur comprenant un substrat 12 en silicium, sur lequel repose une couche 14 de matériau de faible indice de réfraction en Si02, et un réseau périodique de motifs « sub-longueur d'onde », c'est-à- dire dont au moins l'une de ses caractéristiques géométriques est de dimension inférieure à la gamme de longueurs d'onde avec laquelle la structure est destinée à interagir. Le réseau est formé sur la couche de faible indice 14 et est constitué de bandes 16 parallèles, identiques, de section rectangulaire, régulièrement espacées et réalisées en matériau à haut indice de réfraction, comme par exemple en polysilicium. L'espace 18 séparant les bandes 16, ainsi que l'espace au dessus de celles-ci, est rempli d'un matériau de faible indice de réfraction, à savoir de l'air. Les paramètres de conception de la structure 10 sont les indices de réfraction des différents éléments 12, 14, 16, 18, la période A du réseau périodique de bandes 16, l'épaisseur _ tg des bandes 16, le facteur de remplissage FF du réseau, défini comme étant le rapport de la largeur /g des bandes 16 sur la période A, et l'épaisseur _ ti de la couche 14 de bas indice. Referring to Figure 2, which shows Figure 1 of WO2005 / 089098, the latter describes a reflective optical structure 10 with high reflectivity comprising a substrate 12 made of silicon, on which rests a layer 14 of low-index material. refraction in Si0 2 , and a periodic grating of "sub-wavelength" patterns, that is to say at least one of its geometrical characteristics is smaller than the wavelength range with which structure is intended to interact. The network is formed on the low-index layer 14 and consists of parallel strips 16, identical, of rectangular section, regularly spaced and made of high refractive index material, such as polysilicon. The space 18 separating the strips 16, as well as the space above them, is filled with a material of low refractive index, namely air. The structural design parameters 10 are the refractive indices of the various elements 12, 14, 16, 18, the period A of the periodic grating strips 16, the thickness t g _ strips 16, the fill factor FF network, defined as the ratio of the width / g of the strips 16 over the period A, and the thickness _ ti of the low index layer 14.

La figure 3, qui reprend la figure 2A du document WO2005/089098, est un tracé de la réflectivité en fonction de la longueur d'onde d'une structure 10 de période Λ = 700 nm, d'épaisseur tg= 0,46 μιη, de facteur de forme FF = 0,75, et d'épaisseur tL supérieure à 100 nm. L'indice de réfraction du substrat en silicium 12 est égal à 3,48, l'indice de réfraction de la couche de bas indice 14 est égal à 1,47, l'indice de réfraction de l'air 18 est égal à 1, et l'indice de réfraction des bandes 16 est égal à 3,48. La réflectivité est ici considérée pour un rayonnement incident sur le réseau de bandes 16 tel qu'illustré par la flèche 20. Comme on peut le constater, la structure 10 se comporte comme un miroir quasi parfait pour une large gamme de longueurs d'onde centrée sur la valeur 1,5 μιη. FIG. 3, which reproduces FIG. 2A of document WO2005 / 089098, is a plot of the reflectivity as a function of the wavelength of a structure of period Λ = 700 nm, of thickness t g = 0.46 μιη, of form factor FF = 0.75, and of thickness t L greater than 100 nm. The refractive index of the silicon substrate 12 is equal to 3.48, the refractive index of the low index layer 14 is equal to 1.47, the refractive index of the air 18 is equal to 1 , and the refractive index of the bands 16 is equal to 3.48. The reflectivity is here considered for incident radiation on the strip network 16 as illustrated by the arrow 20. As can be seen, the structure 10 behaves as a near-perfect mirror for a wide range of centered wavelengths on the value 1.5 μιη.

A la vue de la réponse en réflectivité de la structure 10, une idée simple consisterait à utiliser ce type de structure en face arrière d'une tranche mince de silicium d'une cellule photovoltaïque afin de réfléchir la portion de flux lumineux ayant traversé la tranche de silicium. Outre, qu'il faille adapter la structure 10 pour que son plateau de réflectivité soit positionné en deçà de la longueur d'onde de coupure du silicium, ce qui en soit n'est pas immédiat en l'absence d'une loi de conception bien définie, l'application d'une structure 10 modifiée dans ce but ne fonctionnait tout simplement pas. In view of the reflectivity response of the structure 10, a simple idea would be to use this type of structure on the rear face of a thin silicon wafer of a photovoltaic cell in order to reflect the portion of luminous flux that has passed through the wafer. of silicon. In addition, it is necessary to adapt the structure 10 so that its reflectivity plateau is positioned below the cutoff wavelength of the silicon, which is not immediate in the absence of a design law well defined, the application of a modified structure for this purpose simply did not work.

En effet, pour pouvoir réfléchir un rayonnement incident sur les bandes 16, le milieu 18 dans lequel celles-ci doivent être plongées doit nécessairement être de plus faible indice de réfraction. On observe ainsi qu'en remplaçant l'air par du silicium, le comportement réflecteur de la structure est très fortement dégradé, sa réflectivité étant notamment très fortement modulée et inférieure à 45% en raison d'un phénomène de diffraction fortement prononcé. En outre, il convient tout simplement de noter que ce type de structure a un comportement qui diffère très sensiblement suivant la direction de la lumière. Notamment, un rayonnement incident sur le substrat en silicium 12 de la structure 10, tel qu'illustré par la flèche 22, ne présente tout simplement pas de caractère réflecteur prononcé, la structure s'apparentant plutôt à un réseau de diffraction. Indeed, in order to reflect incident radiation on the strips 16, the medium 18 in which they must be immersed must necessarily be of lower refractive index. It is thus observed that, by replacing the air with silicon, the reflective behavior of the structure is very strongly degraded, its reflectivity being notably highly modulated and less than 45% due to a pronounced diffraction phenomenon. In addition, it should be noted that this type of structure has a behavior that differs very significantly in the direction of light. In particular, an incident radiation on the silicon substrate 12 of the structure 10, as illustrated by the arrow 22, simply does not have a pronounced reflective character, the structure being rather similar to a diffraction grating.

Il existe donc un besoin d'une structure capable de réfléchir efficacement, et sur une large gamme spectrale, de la lumière incidente au travers d'un matériau dont l'indice de réfraction est supérieur à l'indice de réfraction d'un matériau ou d'un milieu agencé du côté opposé de la structure. There is therefore a need for a structure capable of efficiently reflecting, over a wide spectral range, incident light through a material whose refractive index is greater than the refractive index of a material or a medium arranged on the opposite side of the structure.

EXPOSE DE L'INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION

Le premier but de la présente invention est donc de proposer une telle structure ayant un fort pouvoir réflecteur sur une large gamme de longueurs d'onde. The first object of the present invention is therefore to provide such a structure having a high reflectivity over a wide range of wavelengths.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif réflecteur comportant un réseau de motifs, périodique selon au moins une direction prédéterminée, intercalé entre un premier et un deuxième milieux différents, et au contact desdits milieux (14, 30), le premier milieu étant en matériau semi-conducteur, dans lequel : For this purpose, the subject of the invention is a reflector device comprising a pattern network, periodic in at least one predetermined direction, interposed between first and second different media, and in contact with said media (14, 30), the first medium being of semiconductor material, wherein:

l'indice de réfraction n2 des motifs est inférieur à l'indice de réfraction

Figure imgf000007_0001
du premier milieu; the refractive index n 2 of the patterns is less than the refractive index
Figure imgf000007_0001
the first medium;

l'indice de réfraction n3 du second milieu est inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs; the refractive index n 3 of the second medium is less than or equal to the index of refraction n 2 of the reasons;

■ le réseau est défini par les relations : ■ the network is defined by relationships:

o est la période du réseau selon la direction prédéterminée, et λ

Figure imgf000007_0002
o is the period of the network in the predetermined direction, and λ
Figure imgf000007_0002

est une longueur d'onde de réglage du réseau inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau semi-conducteur du premier milieu ;  is a wavelength setting the network less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor material of the first medium;

o est la largeur des motifs du réseau selon la direction

Figure imgf000007_0003
o is the width of the patterns of the network according to the direction
Figure imgf000007_0003

prédéterminée ; et  predetermined; and

o est l'épaisseur des motifs du réseau. o is the thickness of the patterns of the network.

Figure imgf000007_0004
En d'autres termes, la structure du type précité présente un fort pouvoir réflecteur sur une large gamme de longueurs d'onde pour un flux lumineux traversant le premier milieu, par exemple un matériau semi-conducteur, tel que du silicium, c'est-à-dire un matériau qui présente un fort indice de réfraction.
Figure imgf000007_0004
In other words, the structure of the aforementioned type has a high reflectivity over a wide range of wavelengths for a luminous flux passing through the first medium, for example a semiconductor material, such as silicon, it is that is, a material that has a high refractive index.

Selon un mode de réalisation, le rapport est supérieur ou égal à 0,4 et inférieur ou

Figure imgf000008_0002
According to one embodiment, the ratio is greater than or equal to 0.4 and lower or
Figure imgf000008_0002

égal à 0,7, ce qui permet d'optimiser à la fois la fonction du réseau et la fonction de réflexion. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur des motifs du réseau est supérieure ou égale à On observe pour des épaisseurs inférieures à cette borne une dégradation du

Figure imgf000008_0001
equal to 0.7, which optimizes both the network function and the reflection function. According to one embodiment, the thickness of the patterns of the grating is greater than or equal to less than 0.05.
Figure imgf000008_0001

pouvoir réflecteur, le réseau devenant de plus en plus transparent à cette longueur d'onde à mesure que l'épaisseur des motifs diminue. Plus particulièrement, l'épaisseur des motifs est choisie d'autant plus élevée que le contraste entre les indices r et n2 est faible, ce qui permet d'obtenir un résultat constant ou équivalent pour des épaisseurs et des indices différents. reflectivity, the network becoming more transparent at this wavelength as the thickness of the patterns decreases. More particularly, the thickness of the patterns is chosen even higher than the contrast between the indices r and n 2 is low, which allows to obtain a constant or equivalent result for different thicknesses and indices.

Selon un mode de réalisation, le matériau du premier milieu est par exemple du silicium cristallin, et l'indice de réfraction n2 des motifs du réseau est inférieur ou égal à 0,75 fois l'indice de réfraction r du premier milieu, et de préférence inférieur ou égal à 0,5 fois l'indice de réfraction du premier milieu. Notamment, on observe que plus le contraste d'indice de réfraction est élevé, meilleur est le pouvoir réflecteur de la structure, et plus grande est la gamme spectrale de fonctionnement. Un contraste d'indice de réfraction

Figure imgf000008_0003
inférieur ou égal à 0,75 permet notamment d'obtenir une réflectivité maximale proche de 1. According to one embodiment, the material of the first medium is, for example, crystalline silicon, and the refractive index n 2 of the patterns of the grating is less than or equal to 0.75 times the refractive index r of the first medium, and preferably less than or equal to 0.5 times the refractive index of the first medium. In particular, it is observed that the higher the refractive index contrast, the better the reflectivity of the structure, and the greater the spectral range of operation. Refractive index contrast
Figure imgf000008_0003
less than or equal to 0.75 makes it possible to obtain a maximum reflectivity close to 1.

Selon un mode de réalisation, la face arrière du réseau comporte une couche intermédiaire, notamment une couche de passivation, d'indice de réfraction n2 comçx\s entre l'indice de réfraction n2 des motifs et l'indice de réfraction n3 du milieu et d'épaisseur inférieure ou égale à l'épaisseur ¾ des motifs. Notamment, la couche intermédiaire est constituée de SiOx, notamment de Si02, d'Al203, de SiN, de SiN4, de Zr02, de Ti02, de B203, d'un polymère tel que par exemple du PMMA (polyméthacylate de méthyle), d'un oxyde transparent conducteur de bas indice de réfraction, notamment du ZnO, du Sn02 ou de ΓΙΤΟ, ou d'une résine transparente conductrice. Comme cela est connu, la couche de passivation, usuellement réalisée en matériau diélectrique ou légèrement conducteur transparent, est généralement nécessaire pour garantir de bonne performance de certains dispositifs, et notamment le fonctionnement d'une cellule photovoltaïque. L'invention s'applique donc également aux cellules photovoltaïques présentant une telle couche de passivation. Selon un mode de réalisation, la face avant du réseau comprend une couche constituée d'un matériau différent du matériau du premier milieu, le matériau différent ayant un indice de réfraction η compris entre 0,8 fois et 1,2 fois l'indice de réfraction r du matériau du premier milieu, et supérieur à l'indice de réfraction n2 des motifs du réseau. Par exemple, le matériau du premier milieu est du silicium cristallin et le matériau différent est du silicium amorphe ou un matériau semi-conducteur de type III-V. Dans certaines technologies, la fonction active, par exemple, photovoltaïque d'une cellule photovoltaïque, nécessite l'empilement de plusieurs couches, par exemple de dopage différent. Le dispositif réflecteur selon l'invention s'applique donc à de tels dispositifs. Selon un mode de réalisation, le réseau périodique a au moins deux directions selon lesquelles il présente une périodicité, notamment aux moins deux directions perpendiculaires, de sorte que le réseau est peu sensible à la polarisation de la lumière. According to one embodiment, the rear face of the network comprises an intermediate layer, in particular a passivation layer, of refractive index n 2, which is between the refractive index n 2 of the patterns and the refractive index n 3. medium and thickness less than or equal to the thickness ¾ of the patterns. In particular, the intermediate layer consists of SiOx, in particular Si0 2, Al 2 03 SiN, SiN 4, Zr0 2, Ti0 2, B 2 0 3, of a polymer such as e.g. PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, especially ZnO, Sn0 2 or ΓΙΤΟ, or a conductive transparent resin. As is known, the passivation layer, usually made of dielectric material or slightly transparent conductor, is generally necessary to ensure good performance of certain devices, and in particular the operation of a photovoltaic cell. The invention therefore also applies to photovoltaic cells having such a passivation layer. According to one embodiment, the front face of the network comprises a layer made of a material different from the material of the first medium, the different material having a refractive index η of between 0.8 times and 1.2 times the index of refraction r of the material of the first medium, and greater than the index of refraction n 2 of the patterns of the network. For example, the material of the first medium is crystalline silicon and the different material is amorphous silicon or a III-V type semiconductor material. In some technologies, the active function, for example, photovoltaics of a photovoltaic cell, requires the stacking of several layers, for example of different doping. The reflector device according to the invention therefore applies to such devices. According to one embodiment, the periodic grating has at least two directions according to which it has a periodicity, in particular at least two perpendicular directions, so that the grating is insensitive to the polarization of light.

Selon un mode réalisation, le premier milieu est par exemple en silicium, et les motifs sont constitués de SiOx, notamment de Si02, d'Al203, de Si , de SiN4, de Zr02, de Ti02, de B203, d'un polymère tel que par exemple du PMMA (polyméthacylate de méthyle), d'un oxyde transparent conducteur de bas indice de réfraction, notamment du ZnO, du Sn02 ou de ΓΙΤΟ, ou d'une résine transparente conductrice. Selon un mode de réalisation, le milieu recouvrant le réseau périodique est de l'air. En variante, le milieu recouvrant le réseau périodique est une couche d'encapsulation, notamment en éthylène-acétate de vinyle, en biphényle polychloré, ou en une résine époxy. Un second but de l'invention est de proposer une structure réflectrice en face arrière d'une cellule photovoltaïque, et plus particulièrement une structure non nécessairement métallique présentant une réflectivité élevée sur une large gamme de longueurs d'onde inférieure à la longueur d'onde de coupure de la cellule, et ceci pour un flux lumineux qui traverse la cellule photovoltaïque. A cet effet, l'invention a également pour objet un dispositif photo voltaïque comprenant une tranche de matériau semi-conducteur pour l'absorption d'un flux lumineux, ladite tranche présentant une face avant recevant le flux lumineux incident, une face arrière opposée à la face avant, et une électrode recouvrant partiellement la face arrière, dans lequel : According to one embodiment, the first medium is for example made of silicon, and the units consist of SiOx, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , Si, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 0 3 , a polymer such as for example PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, in particular ZnO, SnO 2 or ΓΙΤΟ, or a transparent resin conductive. According to one embodiment, the medium covering the periodic network is air. Alternatively, the medium covering the periodic network is an encapsulation layer, especially ethylene-vinyl acetate, polychlorinated biphenyl, or an epoxy resin. A second object of the invention is to provide a reflective structure on the rear face of a photovoltaic cell, and more particularly a non-necessarily metallic structure having a high reflectivity over a wide range of wavelengths shorter than the wavelength. breaking of the cell, and this for a luminous flux that passes through the photovoltaic cell. For this purpose, the invention also relates to a photovoltaic device comprising a slice of semiconductor material for absorbing a luminous flux, said slice having a front face receiving the incident luminous flux, a rear face opposite to the front face, and an electrode partially covering the rear face, in which:

l'indice de réfraction n2 des motifs est inférieur à l'indice de réfraction

Figure imgf000010_0001
du premier milieu ; the refractive index n 2 of the patterns is less than the refractive index
Figure imgf000010_0001
the first medium;

l'indice de réfraction n3 du second milieu est inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs ; the refractive index n 3 of the second medium is less than or equal to the index of refraction n 2 of the reasons;

le réseau est défini par les relations : the network is defined by relationships:

o est la période du réseau selon la direction prédéterminée, et

Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0008
est une longueur d'onde de réglage du réseau inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau semi-conducteur de la tranche ; o is the period of the network in the predetermined direction, and
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0008
is a wavelength setting the network less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor material of the wafer;

W est la largeur des motifs du réseau selon la direction

Figure imgf000010_0005
W is the width of the patterns of the network according to the direction
Figure imgf000010_0005

prédéterminée ; et  predetermined; and

est l'épaisseur des motifs du réseau. is the thickness of the patterns of the network.

Figure imgf000010_0003
Figure imgf000010_0003

En d'autres termes, un dispositif réflecteur du type précité est réalisé sur au moins une partie de la face arrière de la tranche non recouverte par l'électrode, ladite tranche constituant le premier milieu du dispositif réflecteur. In other words, a reflector device of the aforementioned type is formed on at least a portion of the rear face of the wafer not covered by the electrode, said wafer constituting the first medium of the reflector device.

Selon un mode de réalisation, la tranche de matériau absorbant présente une chute de son absorption optique dans une gamme prédéterminée de longueurs d'onde inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau semi-conducteur, et la longueur d'onde de réglage du réseau est comprise entreAccording to one embodiment, the slice of absorbent material has a drop in its optical absorption in a predetermined range of wavelengths less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor material, and the length of setting wave of the network is between

Figure imgf000010_0006
Figure imgf000010_0004
Figure imgf000010_0006
Figure imgf000010_0004

est la borne inférieure de ladite gamme. Notamment, la longueur d'onde de réglage est sensiblement égale à la borne inférieure de ladite gamme. Ceci permet

Figure imgf000010_0007
is the lower bound of said range. In particular, the adjustment wavelength is substantially equal to the lower limit of said range. this allows
Figure imgf000010_0007

d'obtenir une réflexion élevée dans la gamme de longueurs d'onde pour laquelle la tranche à base de silicium est peu absorbante. to obtain a high reflection in the wavelength range for which the silicon wafer is poorly absorbent.

Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction n2 des motifs du réseau est inférieur ou égal à 0,75 fois l'indice de réfraction r du premier milieu, et de préférence inférieur ou égal à 0,5 fois l'indice de réfraction r du premier milieu. L'invention a également pour objet l'utilisation d'un réflecteur du type précité pour réfléchir un flux lumineux incident sur le premier milieu dans une gamme de longueurs d'onde supérieures ou égales à la longueur d'onde de réglageAccording to one embodiment, the refractive index n 2 of the patterns of the grating is less than or equal to 0.75 times the refractive index r of the first medium, and preferably less than or equal to 0.5 times the index. of refraction r of the first medium. The invention also relates to the use of a reflector of the aforementioned type for reflecting a light flux incident on the first medium in a wavelength range greater than or equal to the wavelength of adjustment

Figure imgf000011_0006
Selon un mode de réalisation, la tranche est constituée de silicium, et la borne inférieure est comprise entre 750 nanomètres et 800 nanomètres.
Figure imgf000011_0006
According to one embodiment, the wafer is made of silicon, and the lower limit is between 750 nanometers and 800 nanometers.

Selon un autre mode de réalisation, la tranche est constituée de germanium, et la borne inférieure est supérieure à 1 micromètre. According to another embodiment, the wafer is made of germanium, and the lower limit is greater than 1 micrometer.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque comprenant une tranche de matériau semi-conducteur à base de silicium pour l'absorption d'un flux lumineux, ladite tranche présentant une face avant recevant le flux lumineux incident, une face arrière opposée à la face avant, et une électrode recouvrant partiellement la face arrière. The invention also relates to a method of manufacturing a photovoltaic device comprising a wafer of semiconductor material based on silicon for the absorption of a luminous flux, said wafer having a front face receiving the incident luminous flux, a rear face opposite to the front face, and an electrode partially covering the rear face.

Selon l'invention, ce procédé consiste : According to the invention, this method consists of:

à former un réseau de motifs, périodique selon au moins une direction prédéterminée, d'indice de réfraction n2 inférieur à l'indice de réfraction

Figure imgf000011_0001
du matériau semiconducteur, et réalisé dans l'épaisseur d'au moins une partie de la face arrière non recouverte par l'électrode ; et forming a pattern network, periodic in at least one predetermined direction, of refractive index n 2 less than the refractive index
Figure imgf000011_0001
semiconductor material, and made in the thickness of at least a portion of the rear face not covered by the electrode; and

à recouvrir au moins la portion de face arrière comprenant le réseau d'un milieu d'indice de réfraction n3 inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs du réseau et recouvrant ; le réseau étant défini par les relations : est la période du réseau selon la direction prédéterminée, est

Figure imgf000011_0005
Figure imgf000011_0002
covering at least the rear face portion comprising the grating of a medium of refractive index n 3 less than or equal to the refractive index n 2 of the patterns of the network and covering; the network being defined by relations: is the period of the network in the predetermined direction, is
Figure imgf000011_0005
Figure imgf000011_0002

une longueur d'onde de réglage du réseau inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau absorbant semi-conducteur, et n3 est l'indice de réfraction du milieu recouvrant le réseau ; a wavelength setting the network less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor absorbent material, and n 3 is the refractive index of the medium covering the network;

est la largeur des motifs du réseau selon la direction

Figure imgf000011_0003
is the width of the patterns of the network according to the direction
Figure imgf000011_0003

prédéterminée ; et  predetermined; and

est l'épaisseur des motifs du réseau. is the thickness of the patterns of the network.

Figure imgf000011_0004
Le matériau semi-conducteur absorbant est du silicium cristallin, et la tranche a une épaisseur inférieure à 150 micromètres.
Figure imgf000011_0004
The absorbent semiconductor material is crystalline silicon, and the wafer has a thickness of less than 150 microns.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et réalisée en relation avec les dessins annexés, dans lesquels des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues, et dans lesquels : The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and made with reference to the accompanying drawings, in which identical references designate identical or similar elements, and in which:

la figure 1 est un tracé d'absorption optique de tranches minces de silicium en fonction de la longueur d'onde incidente sur celles-ci ; Figure 1 is an optical absorption route of thin silicon wafers as a function of incident wavelength thereon;

la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une structure sub-longueur d'onde réflectrice selon l'état de la technique ; Figure 2 is a schematic perspective view of a reflective sub-wave length according to the prior art structure;

la figure 3 est un tracé de la réflectivité de la structure de la figure 2 en fonction de la longueur d'onde incidente sur celle-ci ; Figure 3 is a plot of the reflectivity of the structure of Figure 2 as a function of the incident wavelength thereon;

la figure 4 est une vue schématique de dessous d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention illustrant un réseau sub-longueur d'onde agencé en face arrière d'une cellule photovoltaïque ; figure 4 is a schematic bottom view of a device according to a first embodiment of the invention illustrating an arranged wave length sub-network on the rear face of a photovoltaic cell;

la figure 5 est une vue schématique en coupe selon le plan A-A de la figure 4 ; Figure 5 is a schematic sectional view along the plane AA of Figure 4;

la figure 6 est une vue schématique de détail en coupe du dispositif de la figure 4 ; Figure 6 is a schematic sectional detail view of the device of Figure 4;

la figure 7 est un tracé illustrant la forme de la réflectivité obtenue par des structures sub-longueur d'onde d'un dispositif selon l'invention en fonction de la longueur d'onde incidente sur ces structures ; Figure 7 is a plot illustrating the shape of the reflectivity obtained by wave length sub-structures of a device according to the invention depending on the incident wavelength on such structures;

la figure 8 une vue schématique de détail en coupe d'un dispositif selon un second mode de réalisation de l'invention ; Figure 8 a schematic detail view in section of a device according to a second embodiment of the invention;

les figures 9a et 9b sont des vues schématiques de détail en coupe d'un dispositif selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; Figures 9a and 9b are detail diagrammatic views in section of a device according to a third embodiment of the invention;

la figure 10 une vue schématique de détail en coupe d'un dispositif selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; Figure 10 details a sectional schematic view of a device according to a fourth embodiment of the invention;

la figure 11 une vue schématique de détail en coupe d'un dispositif selon un cinquième mode de réalisation de l'invention ; Figure 11 a schematic detailed view in section of a device according to a fifth embodiment of the invention;

la figure 12 est une vue schématique de dessus d'un réseau périodique selon un sixième mode de réalisation de l'invention ; Figure 12 is a schematic top view of a periodic array according to a sixth embodiment of the invention;

la figure 13 est une vue schématique de dessus d'un réseau périodique selon un septième mode de réalisation de l'invention ; et Figure 13 is a schematic top view of a periodic array according to a seventh embodiment of the invention; and

les figures 14 à 18 sont des tracés de réflectivité et de transmission d'exemples de réalisation de l'invention en fonction de la longueur d'onde incidente sur des réseaux sub-longueur d'onde. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Figures 14 to 18 are plots of reflectivity and transmission of embodiments of the invention depending on the incident wavelength on subwavelength networks. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Il va à présent être décrit à titre d'exemple et en relation avec les figures 4 à 6 un premier mode de réalisation d'un dispositif photovoltaïque 10 selon l'invention. It will now be described by way of example and with reference to FIGS. 4 to 6 a first embodiment of a photovoltaic device 10 according to the invention.

Le dispositif 10 comporte une cellule photovoltaïque 12. La cellule 12 comprend une tranche 14 en matériau absorbant d'indice de réfraction ι , notamment en silicium monocristallin ou poly-cristallin pouvant comprendre une fraction de germanium inférieure à 10%. The device 10 comprises a photovoltaic cell 12. The cell 12 comprises a wafer 14 of refractive index absorbing material ι, in particular monocrystalline silicon or polycrystalline silicon which may comprise a germanium fraction less than 10%.

Cette tranche présente une face avant 16, destinée à être irradiée par un rayonnement incident 18 à convertir en courant, et une face arrière 20 opposée à la face avant 16. L'épaisseur de la tranche 14 est comprise entre 5 micromètres et 150 micromètres, et laisse donc passer une partie du rayonnement incident 18, notamment les longueurs d'onde supérieures à environ 800 nanomètres tel qu'illustré à la figure 1. This wafer has a front face 16, intended to be irradiated by incident radiation 18 to be converted into current, and a rear face 20 opposite to the front face 16. The thickness of the wafer 14 is between 5 micrometers and 150 micrometers, and thus allows a portion of incident radiation 18 to pass, in particular wavelengths greater than about 800 nanometers as illustrated in FIG.

La cellule 12 comporte également un réseau d'électrodes métalliques 22 formées sur et/ou dans la face avant 16 pour la collecte du courant généré dans la tranche 14 par l'absorption du rayonnement incident, lesdites électrodes étant en contact ohmique avec une ou plusieurs jonctions PN (non représentées) réalisée dans la tranche 14. De même, la cellule 12 comporte un réseau d'électrodes métalliques 24 formées sur et/ou dans la face arrière 20 pour l'application d'un potentiel à ladite face arrière 20, ledit réseau d'électrodes 24 ne recouvrant que partiellement la face arrière 20. Les éléments venant d'être décrits sont classiques et ne seront donc pas décrits plus en détail par la suite. On retiendra simplement que l'invention s'applique à tout type de cellule photovoltaïque dont la face arrière 20 n'est pas entièrement recouverte par du métal. Selon l'invention, un réseau périodique 26 de motifs 28, d'indice de réfraction n2 , est réalisé dans l'épaisseur des portions de la face arrière 20 entre les électrodes 24 de la face arrière. Notamment, le réseau 26 est constitué de bandes 28 parallèles, identiques, de section rectangulaire, régulièrement espacées, et disposées selon une même direction X. Le réseau 26 est donc périodique selon la direction Y perpendiculaire à la direction X. The cell 12 also comprises an array of metal electrodes 22 formed on and / or in the front face 16 for collecting the current generated in the wafer 14 by the absorption of the incident radiation, said electrodes being in ohmic contact with one or more PN junctions (not shown) made in the wafer 14. Similarly, the cell 12 comprises an array of metal electrodes 24 formed on and / or in the rear face 20 for the application of a potential to said rear face 20, said electrode array 24 only partially covering the rear face 20. The elements just described are conventional and therefore will not be described in more detail later. It will be remembered that the invention applies to any type of photovoltaic cell whose rear face 20 is not completely covered by metal. According to the invention, a periodic grating 26 of patterns 28, of refractive index n 2 , is produced in the thickness of the portions of the rear face 20 between the electrodes 24 of the rear face. In particular, the grating 26 is constituted by parallel strips 28, identical, of rectangular section, regularly spaced, and arranged in the same direction X. The grating 26 is therefore periodic in the direction Y perpendicular to the direction X.

Le dispositif 10 comprend enfin un milieu 30 d'indice de réfraction n3 au contact du réseau périodique 26. Les caractéristiques géométriques du réseau 26 et les indices de réfraction n1, n2 , et n3 satisfont les relations suivantes : The device 10 finally comprises a medium 30 of refractive index n 3 in contact with the periodic network 26. The geometrical characteristics of the grating 26 and the refractive indexes n 1 , n 2 , and n 3 satisfy the following relationships:

Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001

P est la période du réseau 26 selon la direction Y ; P is the period of the grating 26 along the Y direction;

est la longueur d'onde de réglage du réseau, inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau absorbant constitutif de la tranche 14 ; W est la largeur des bandes 28 selon la direction Y ; et  is the setting wavelength of the network, less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the absorbent material constituting the wafer 14; W is the width of the strips 28 along the Y direction; and

h1 est l'épaisseur des bandes 28. h 1 is the thickness of the strips 28.

Le réseau périodique 26 présente ainsi une forte réflectivité dans une large gamme de longueurs d'onde, notamment une gamme de largeur supérieure à 200 nanomètres, comme cela est illustré schématiquement à la figure 7. The periodic grating 26 thus has a high reflectivity in a wide range of wavelengths, in particular a width range greater than 200 nanometers, as schematically illustrated in FIG. 7.

La période P du réseau 26 permet de régler la position de la gamme de longueurs d'onde de réflectivité élevée, et plus particulièrement la borne inférieure de cette gamme.The period P of the network 26 makes it possible to adjust the position of the range of high reflectivity wavelengths, and more particularly the lower limit of this range.

Figure imgf000014_0005
Figure imgf000014_0005

S'il est souhaité une réflectivité élevée pour des longueurs d'onde supérieure à la valeur , la longueur d'onde de réglage est choisie inférieure ou égale à , ou de

Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0003
manière équivalente la période P du réseau 26 est choisie inférieure ou égale à . La
Figure imgf000014_0004
borne inférieure de la gamme de réflectivité élevée est notamment choisie entre 300
Figure imgf000014_0008
If a high reflectivity is desired for wavelengths greater than the value, the adjustment wavelength is chosen to be less than or equal to, or
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0003
equivalent way the period P of the network 26 is chosen less than or equal to. The
Figure imgf000014_0004
lower bound of the high reflectivity range is especially chosen between 300
Figure imgf000014_0008

nanomètres et 1000 nanomètres. nanometers and 1000 nanometers.

Comme décrit précédemment, on observe une chute rapide de l'absorption optique de la tranche 14 à partir d'une longueur d'onde égale à environ 800 nanomètres, comme

Figure imgf000014_0006
As previously described, there is a rapid drop in the optical absorption of wafer 14 from a wavelength of about 800 nanometers, as
Figure imgf000014_0006

illustré à la figure 1. La gamme de forte réflectivité du réseau 26 est donc réglée pour coïncider au moins partiellement, et avantageusement totalement avec la gamme d'absorption optique faible de la tranche 14, c'est-à-dire que le réseau 26 est réglé pour faire coïncider les valeurs

Figure imgf000014_0007
. Notamment, la borne inférieure est réglée entre 750 nanomètres et 800 nanomètres. Notamment, en réglant la période P du réseau 26 sur une valeur inférieure comprise entre le réseau 26 se comporte
Figure imgf000015_0001
FIG. 1. The high reflectivity range of the grating 26 is thus set to coincide at least partially, and advantageously completely with the weak optical absorption range of the wafer 14, that is to say that the grating 26 is set to match the values
Figure imgf000014_0007
. In particular, the lower limit is set between 750 nanometers and 800 nanometers. In particular, by adjusting the period P of the network 26 to a lower value between the network 26 behaves
Figure imgf000015_0001

alors comme un réflecteur qui renvoie vers la tranche 14 le rayonnement ayant traversé celle-ci. then as a reflector that returns to the wafer 14 the radiation having passed through it.

Les indices de réfraction r , n2 , et n3 , et plus particulièrement les contrastes d'indices des relations (1) et (2), le rapport , et l'épaisseur de la relation (5) permettent quant

Figure imgf000015_0009
The refractive indices r, n 2 , and n 3 , and more particularly the index contrasts of the relations (1) and (2), the ratio, and the thickness of the relation (5) allow
Figure imgf000015_0009

à eux de régler la forme de la réflectivité du réseau 26. Notamment, dès lors qu'un contraste suffisant existe entre les indices de réfraction r et n2 de la tranche 14 et des motifs 28, à savoir pour une tranche 14 notamment à base de silicium un contraste inférieur ou égal à 0,75, et de préférence inférieur ou égal à 0,5

Figure imgf000015_0007
to them to adjust the shape of the reflectivity of the grating 26. In particular, since a sufficient contrast exists between the refractive indices r and n 2 of the wafer 14 and the patterns 28, namely for a wafer 14 in particular based on silicon a contrast less than or equal to 0.75, and preferably less than or equal to 0.5
Figure imgf000015_0007

pour améliorer le pouvoir réflecteur et pour élargir la plage de réflexion, un rapport

Figure imgf000015_0008
selon la relation (4), préférentiellement un rapport compris entre 0,4 et 0,7 pour optimiser à la fois la fonction de réseau et la fonction de réflexion, et une épaisseur comprise entre , permettent d'obtenir un plateau de réflectivité supérieur à 0,9
Figure imgf000015_0002
to improve reflectivity and to broaden the range of reflection, a report
Figure imgf000015_0008
according to relation (4), preferably a ratio of between 0.4 and 0.7 to optimize both the network function and the reflection function, and a thickness between, make it possible to obtain a reflectivity plateau greater than 0.9
Figure imgf000015_0002

sur une gamme de longueurs d'onde de largeur supérieure à 200 nanomètres. Le réseau 26 se comporte donc comme un miroir plan quasi-parfait sur une large gamme de longueurs d'onde supérieure à la longueur d'onde .over a wavelength range of greater than 200 nanometers. The network 26 therefore behaves as a near-perfect mirror plane over a wide range of wavelengths greater than the wavelength.

Figure imgf000015_0003
Figure imgf000015_0003

De préférence, l'épaisseur des motifs 28 est choisie d'autant plus élevée que le contraste d'indices est faible. En effet, plus l'écart d'indice est faible, plus l'épaisseur

Figure imgf000015_0004
Preferably, the thickness of the patterns 28 is chosen the higher the index contrast is low. Indeed, the lower the index difference, the greater the thickness
Figure imgf000015_0004

du réseau est avantageusement importante pour obtenir un résultat équivalent. Par exemple, pour nanomètres, et pourof the network is advantageously important to obtain an equivalent result. For example, for nanometers, and for

Figure imgf000015_0005
Figure imgf000015_0006
Figure imgf000015_0005
Figure imgf000015_0006

nanomètres. nanometers.

Les motifs 28 sont avantageusement constitués de SiOx, notamment de Si02, d'Al203, de SiN, de SiN4, de Zr02, de Ti02, de B203, d'un polymère tel que par exemple du PMMA (polyméthacylate de méthyle), d'un oxyde transparent conducteur de bas indice de réfraction, notamment du ZnO, du Sn02 ou de ΓΙΤΟ, ou d'une résine transparente conductrice. Les matériaux à haut point de fusion, comme le Si02, le A1203, et le Ti02, sont privilégiés car ils sont connus dans la fabrication des composants à base de silicium et que les motifs 28 constitués de ces matériaux ne subissent sensiblement pas de dégradation lors de recuits finaux usuellement mis en œuvre dans la fabrication de cellules photo voltaïques. Avantageusement, le milieu 30 est de l'air, d'indice de réfraction proche de 1. De même, les motifs 30 peuvent être remplis d'air, le réseau 26 consistant alors en un réseau de tranchées. The units 28 are advantageously constituted by SiOx, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , SiN, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , a polymer such as, for example PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, especially ZnO, Sn0 2 or ΓΙΤΟ, or a conductive transparent resin. Materials with a high melting point, such as Si0 2 , Al 2 O 3 , and TiO 2 , are preferred because they are known in the manufacture of silicon-based components. and that the patterns 28 made of these materials undergo substantially no degradation during final anneals usually used in the manufacture of photovoltaic cells. Advantageously, the medium 30 is air with a refractive index close to 1. Similarly, the units 30 may be filled with air, the network 26 then consisting of a trench network.

En variante, la cellule photovoltaïque 12 avec son réseau est encapsulée dans un matériau de protection de bas indice de réfraction constituant le milieu 30, comme par exemple de l'EVA (éthylène-acétate de vinyle), du PCB (biphényle polychloré), une résine époxy, ou du PMMA, qui sont transparents et présentent un indice de réfraction inférieur à 1,5. In a variant, the photovoltaic cell 12 with its grating is encapsulated in a low refractive index protection material constituting the medium 30, such as for example EVA (ethylene-vinyl acetate), PCB (polychlorinated biphenyl), a epoxy resin, or PMMA, which are transparent and have a refractive index of less than 1.5.

Dans la cellule photovoltaïque 12 venant d'être décrite, la tranche d'absorption 14 est constituée d'un seul matériau et le réseau est directement au contact du milieu 30. Dans certaines applications, la cellule 12 présente une structure plus complexe au niveau de sa face arrière. In the photovoltaic cell 12 just described, the absorption wafer 14 consists of a single material and the network is in direct contact with the medium 30. In some applications, the cell 12 has a more complex structure at the level of its back side.

Dans une première variante de l'invention, illustrée par la vue en détail de la figure 8, une couche mince 40 de matériau d'indice de réfraction , différent du matériau absorbant

Figure imgf000016_0001
In a first variant of the invention, illustrated by the view in detail of FIG. 8, a thin film 40 of refractive index material, different from the absorbent material
Figure imgf000016_0001

de la tranche 14, est déposée sur la face arrière 20 de la tranche 14 et le réseau 26 est réalisé dans cette couche additionnelle 40. La couche 40 est par exemple plane ou conforme au réseau 26 tel qu'illustré à la figure 8, présente une épaisseur au-dessus

Figure imgf000016_0003
of the wafer 14, is deposited on the rear face 20 of the wafer 14 and the network 26 is formed in this additional layer 40. The layer 40 is for example planar or in line with the network 26 as illustrated in FIG. a thickness above
Figure imgf000016_0003

des motifs 26 inférieure par exemple à , et a un indice de réfraction t qui diffère de

Figure imgf000016_0002
patterns 26 lower than for example, and has a refractive index t which differs from
Figure imgf000016_0002

moins de 20% de l'indice de réfraction r^ du matériau absorbant de la tranche 14. Par exemple, la couche 40 est constituée de silicium amorphe ou d'un semi-conducteur de type III-V. Une telle couche 40 ne modifie sensiblement pas la réflectivité du réseau 26 telle que décrite précédemment et permet par exemple de constituer des éléments actifs, notamment des photodiodes, sur cette face de la tranche 14. less than 20% of the refractive index r ^ of the absorbent material of the wafer 14. For example, the layer 40 is made of amorphous silicon or a type III-V semiconductor. Such a layer 40 does not substantially modify the reflectivity of the grating 26 as described above and makes it possible, for example, to constitute active elements, in particular photodiodes, on this face of the wafer 14.

Dans une seconde variante de l'invention, illustrée par la vue en détail des figures 9a et 9b, une couche intermédiaire, notamment une couche de passivation 42, d'indice de réfraction n2 , recouvre au moins les portions de la face arrière 20 dépourvues de métallisation, et avantageusement la totalité de la face arrière 20. Comme cela est connu en soi, la couche de passivation 42 permet d'améliorer les performances de la cellule photovoltaïque et est constituée d'un matériau transparent diélectrique ou légèrement conducteur. L'indice de réfraction n2 de la couche 42 est choisi compris entre l'indice de réfraction n2 des motifs 28 et l'indice de réfraction n3 du milieu 30, et l'épaisseur h2 de la couche de passivation 42 est inférieure à l'épaisseur des motifs 28, de sorte que la couche 42 ne modifie sensiblement pas la réflectivité du réseau 26 telle que décrite précédemment. La couche de passivation 42 peut être plane, telle qu'illustrée à la figure 9a, ou épouser la forme des motifs 28 du réseau 26, la couche de passivation 42 définissant dans ce dernier cas un réseau de motifs, tel qu'illustré à la figure 9b. In a second variant of the invention, illustrated by the view in detail of FIGS. 9a and 9b, an intermediate layer, in particular a passivation layer 42, of refractive index n 2 , covers at least the portions of the rear face 20 Without metallization, and advantageously all of the rear face 20. As is known per se, the passivation layer 42 improves the performance of the photovoltaic cell and consists of a transparent dielectric or slightly conductive material. The refractive index n 2 of the layer 42 is chosen between the refractive index n 2 of the patterns 28 and the refractive index n 3 of the medium 30, and the thickness h 2 of the passivation layer 42 is smaller than the thickness of the patterns 28, so that the layer 42 does not substantially modify the reflectivity of the grating 26 as described above. The passivation layer 42 may be flat, as shown in FIG. 9a, or conform to the shape of the patterns 28 of the grating 26, the passivation layer 42 defining in the latter case an array of patterns, as illustrated in FIG. Figure 9b.

On observe que les réflectivités du réseau 26 pour ces deux formes de réalisation de la couche 42 sont sensiblement identiques. Des procédés de réalisation simples des motifs 28 et de la couche 42 peuvent ainsi être utilisés en déposant une même épaisseur de matériau sur la face arrière 20 dans laquelle sont formées des tranchées. La couche 42 peut par ailleurs être constituée du même matériau que celui des motifs 28. It is observed that the reflectivities of the grating 26 for these two embodiments of the layer 42 are substantially identical. Simple production methods of the patterns 28 and the layer 42 can thus be used by depositing the same thickness of material on the rear face 20 in which trenches are formed. The layer 42 may also be made of the same material as that of the patterns 28.

Par exemple, la couche 42 est constituée de SiOx, notamment de Si02, d'Al203, de Si , de S1N4, de Zr02, de Ti02, de B203, d'un polymère tel que par exemple du PMMA (polyméthacylate de méthyle), d'un oxyde transparent conducteur de bas indice de réfraction, notamment du ZnO, du Sn02 ou de ΓΙΤΟ, ou d'une résine transparente conductrice. For example, the layer 42 consists of SiOx, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , Si, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , a polymer such as for example PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, in particular ZnO, SnO 2 or ΓΙΤΟ, or a transparent conductive resin.

Dans ce qui a été décrit précédemment, les motifs 28 du réseau 26 ont une section rectangulaire. D'autres sections sont possibles pour les motifs 28, comme par exemple une section trapézoïdale telle qu'illustrée à la figure 10, la largeur W étant celle à mi- hauteur des motifs 28, ou une section semi-circulaire telle qu'illustrée à la figure 11, la largeur W étant le diamètre des demi-cercles. Dans ce qui a été décrit précédemment, le réseau périodique 26 est monodimensionnel, c'est-à-dire qu'il ne comporte qu'une seule direction de périodicité, à savoir la direction Y perpendiculaire aux bandes 28. Des réseaux bidimensionnels, c'est-à-dire comprenant au moins deux axes de périodicité, sont également possibles, par exemple pour rendre le dispositif indépendant de la polarisation de la lumière incidente. In what has been described above, the patterns 28 of the grating 26 have a rectangular section. Other sections are possible for the patterns 28, such as for example a trapezoidal section as illustrated in FIG. 10, the width W being that at mid-height of the patterns 28, or a semicircular section as illustrated in FIG. Figure 11, the width W being the diameter of the semicircles. In what has been described previously, the periodic grating 26 is one-dimensional, that is to say it has only one direction of periodicity, namely the Y direction perpendicular to the strips 28. Two-dimensional gratings, c that is to say comprising at least two periodicity axes, are also possible, for example to make the device independent of the polarization of the incident light.

Par exemple, le réseau de motifs comporte des bandes formant des contours concentriques fermés, comme des carrées concentriques tels qu'illustré à la figure 12, ou des cercles concentriques. En variante, le réseau est une matrice d'ilots carrés, rectangulaires ou circulaires, tel qu'illustré à la figure 13. Les relations décrites ci-dessus s'appliquent alors à chaque périodicité, les caractéristiques du réseau pouvant être ou non identiques selon les directions de périodicité. Il va à présent être décrit des exemples de réflectivité et de transmission de réseaux périodiques 26 en fonction de la longueur d'onde incidente sur un dispositif selon l'invention comprenant une tranche d'absorption 14 en silicium cristallin d'indice de réfraction r égal à 3,55 et d'épaisseur inférieure à 150 micromètres, les réseaux étant réglés pour définir une borne inférieure sensiblement égale à 800 nanomètres.For example, the pattern pattern includes bands forming closed concentric contours, such as concentric squares as shown in FIG. 12, or concentric circles. In a variant, the network is a matrix of square, rectangular or circular islands, as illustrated in FIG. 13. The relationships described above then apply at each periodicity, the characteristics of the network possibly being identical or different according to the directions of periodicity. Examples of reflectivity and periodic network transmission 26 will be described as a function of the incident wavelength on a device according to the invention comprising an absorption slice 14 of crystalline silicon of refractive index r equal to at 3.55 and less than 150 micrometers thick, networks being set to define a lower limit substantially equal to 800 nanometers.

Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001

La figure 14 est un tracé de réflectivité d'un réseau périodique 26 de bandes 28 à section rectangulaires. Les motifs 28 du réseau 26 sont en Si02, d'indice de réfraction n2 égal àFigure 14 is a reflectivity plot of a periodic array 26 of rectangular section strips 28. The patterns 28 of the grating 26 are in Si0 2 , of refractive index n 2 equal to

1,5, la période P du réseau est égale à 700 nanomètres et le milieu 30 est de l'air d'indice de réfraction n3 égal à 1. Le rapport est égal à 0,55, et l'épaisseur des motifs 28 est

Figure imgf000018_0002
1.5, the period P of the network is equal to 700 nanometers and the medium 30 is air of refractive index n 3 equal to 1. The ratio is equal to 0.55, and the thickness of the patterns 28 is
Figure imgf000018_0002

égale à 250 nanomètres. equal to 250 nanometers.

La réflectivité en trait continu correspond à un réseau 26 directement au contact de l'air, alors que la réflectivité en trait pointillé correspond à un réseau 26 recouvert d'une couche de passivation 42 en Si02 d'une épaisseur h2 égale à 100 nanomètres. A la vue de la figure 14, on observe notamment que la couche de passivation 42 a pour effet de renforcer le plateau de réflectivité du réseau 26. The reflectivity in solid line corresponds to a grating 26 directly in contact with the air, whereas the dotted line reflectivity corresponds to a grating 26 covered with a passivation layer 42 made of Si0 2 with a thickness h 2 equal to 100 nanometers. In the view of FIG. 14, it can be observed in particular that the passivation layer 42 has the effect of reinforcing the reflectivity plateau of the grating 26.

La figure 15 est un tracé de la réflectivité et de la transmission d'un réseau périodique 26 de bandes 28 à section rectangulaire. Les motifs 28 du réseau 26 sont réalisés en A1203, d'indice de réfraction n2 égal à 1,8, la période P du réseau est égale à 575 nanomètres, et le milieu 30 est un matériau d'encapsulation transparent d'indice de réfraction n3 égal àFigure 15 is a plot of the reflectivity and transmission of a periodic array 26 of strips 28 of rectangular section. The patterns 28 of the grating 26 are made of A1 2 0 3 , of refractive index n 2 equal to 1.8, the period P of the grating is equal to 575 nanometers, and the medium 30 is a transparent encapsulation material. refractive index n 3 equal to

1,45. Le rapport est égal à 0,55, et l'épaisseur des motifs 28 est égale à 250

Figure imgf000018_0003
1.45. The ratio is equal to 0.55, and the thickness of the patterns 28 is equal to 250
Figure imgf000018_0003

nanomètres. Le réseau 26 est par ailleurs recouvert d'une couche de passivation 42 en A1203 d'une épaisseur h2 de 50 nanomètres. nanometers. The grating 26 is also covered with a passivation layer 42 at A1 2 0 3 with a thickness h 2 of 50 nanometers.

Comme on peut l'observer, il est obtenu un plateau de réflectivité proche de 1 sur une large gamme de longueurs d'onde, et ceci même en présence du matériau d'encapsulation qui est usuellement utilisé dans les modules photovoltaïques pour protéger les cellules. En outre, on remarque que la transmission augmente rapidement pour les infrarouges moyens et lointains, c'est-à-dire au delà de la longueur d'onde Ac correspondant à la bande interdite de la tranche d'absorption 14. Ainsi, ce rayonnement, qui n'est pas absorbé par cette dernière, n'a pas pour effet d'échauffer le réseau 26 et les couches de matériau de passivation et d'encapsulation, et donc d'échauffer en retour la tranche d'absorption 14. On notera par ailleurs que pour de la lumière venant du milieu 30, la structure n'est pas réflectrice mais laisse passer en moyenne 85% du rayonnement vers le milieu 14 sur toute la plage spectrale. Ceci est particulièrement avantageux par exemple pour les cellules photovoltaïques bifaciales qui récupèrent de la lumière aussi par leur face arrière. As can be seen, a reflectivity plateau close to 1 is obtained over a wide range of wavelengths, even in the presence of the encapsulation material which is usually used in photovoltaic modules to protect the cells. In addition, it is noted that the transmission increases rapidly for medium and far infrared, that is to say beyond the wavelength A c corresponding to the bandgap of the absorption wafer 14. Thus, radiation, which is not absorbed by the latter, does not have the effect of heating the network 26 and the layers of passivation material and encapsulation, and thus to heat back the absorption slice 14. Note also that for light from the medium 30, the structure is not reflective but passes on average 85% of the radiation to the medium 14 over the entire spectral range. This is particularly advantageous for example for bifacial photovoltaic cells which recover light also by their rear face.

La figure 16 est un tracé de la réflectivité et de la transmission de la réflectivité et de la transmission d'un réseau périodique 26 de bandes 28 à section rectangulaires. Les motifs 28 du réseau 26 sont en SiN, d'indice de réfraction n2 égal à 2, la période P du réseau est égale à 530 nanomètres, et le milieu 30 est un matériau d'encapsulation transparent d'indice de réfraction n3 égal à 1,45. Le rapport est égal à 0,6, et l'épaisseur des

Figure imgf000019_0001
FIG. 16 is a plot of reflectivity and transmission of reflectivity and transmission of a periodic grating 26 of rectangular section strips 28. The patterns 28 of the grating 26 are made of SiN, of refractive index n 2 equal to 2, the period P of the grating is equal to 530 nanometers, and the medium 30 is a transparent encapsulation material of refractive index n 3 equal to 1.45. The ratio is equal to 0.6, and the thickness of
Figure imgf000019_0001

motifs 28 est égale à 270 nanomètres. Le réseau 26 est par ailleurs recouvert d'une couche de passivation 42 en SiN d'une épaisseur h2 de 50 nanomètres. patterns 28 is equal to 270 nanometers. The grating 26 is also covered with a passivation layer 42 of SiN having a thickness h 2 of 50 nanometers.

Comme on peut l'observer, il est obtenu, même en présence du matériau d'encapsulation, un plateau de réflectivité proche de 1 sur toute la gamme de longueurs d'onde dans laquelle l'absorption quantique de la tranche d'absorption est faible. As can be seen, even in the presence of the encapsulation material, a reflectivity plateau close to 1 is obtained over the entire range of wavelengths in which the absorption of quantum absorption is low. .

La figure 17 est un tracé de la réflectivité d'un réseau périodique 26 de bandes 28 à section trapézoïdale. Les motifs 28 du réseau 26 sont réalisés en Si02, la période P du réseau est égale à 700 nanomètres et le milieu 30 est de l'air. Le rapport est égal à

Figure imgf000019_0002
FIG. 17 is a plot of the reflectivity of a periodic grating 26 of trapezoidal section strips 28. The patterns 28 of the grating 26 are made of Si0 2 , the period P of the grating is equal to 700 nanometers and the medium 30 is air. The report is equal to
Figure imgf000019_0002

0,62, l'épaisseur des motifs 28 est égale à 250 nanomètres, et le réseau 26 est directement au contact de l'air.  0.62, the thickness of the patterns 28 is equal to 250 nanometers, and the network 26 is directly in contact with the air.

La figure 18 est un tracé de la réflectivité d'un réseau périodique 26 de bandes 28 à section semi-circulaire. Les motifs 28 du réseau 26 sont réalisés en Si02, la période P du réseau est égale à 700 nanomètres, et le milieu 30 est de l'air. Le rapport est égal à

Figure imgf000019_0003
FIG. 18 is a plot of the reflectivity of a periodic grating 26 of strips 28 with semicircular section. The patterns 28 of the grating 26 are made of Si0 2 , the period P of the grating is equal to 700 nanometers, and the medium 30 is air. The report is equal to
Figure imgf000019_0003

0,7, l'épaisseur des motifs 28 est égale à 250 nanomètres, et le réseau 26 est directement au contact de l'air. Bien entendu, les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont pas mutuellement exclusifs l'un de l'autre et peuvent être combinés.  0.7, the thickness of the patterns 28 is equal to 250 nanometers, and the network 26 is directly in contact with the air. Of course, the embodiments described above are not mutually exclusive of each other and can be combined.

Il a été décrit des cellules photovoltaïques à base de silicium. Bien entendu, l'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs photovoltaïques, et plus généralement photoniques, par exemple des détecteurs infrarouges. De même, l'invention s'applique à des dispositifs comprenant un matériau semi-conducteur absorbant différent du silicium, par exemple un matériau absorbant en CdTe, en CdHgTe, en InSb, en Ge, ou en GaP. Les détecteurs auxquels s'applique l'invention comprennent comme dans les modes de réalisation de dispositif photovoltaïque décrits ci-dessus, un substrat semi-conducteur dont une face avant, qui reçoit la lumière, comprend l'élément actif de détection, et une face arrière qui comprend le dispositif réflecteur selon l'invention. Notamment, le dispositif photovoltaïque comprend une tranche d'absorption constituée de germanium et la borne inférieure de la gamme de forte réflexion du réseau est supérieure à 1 micromètre. Silicon-based photovoltaic cells have been described. Of course, the invention also applies to other types of photovoltaic devices, and more generally photonic devices, for example infrared detectors. Likewise, the invention applies to devices comprising an absorbing semiconductor material different from silicon, for example an absorbent material in CdTe, CdHgTe, InSb, Ge, or GaP. The detectors to which the invention applies comprise, as in the photovoltaic device embodiments described above, a semiconductor substrate whose front face, which receives the light, comprises the active detection element, and one face rear which comprises the reflector device according to the invention. In particular, the photovoltaic device comprises an absorption slice made of germanium and the lower limit of the high reflection range of the grating is greater than 1 micrometer.

De même, il a été décrit des relations mathématiques impliquant des indices de réfraction. On comprendra que dans le cas d'indices de réfraction complexes, les relations décrites ci-dessus s'appliquent aux parties réelles des indices, les parties imaginaires étant plus faibles que leurs parties réelles respectives. Similarly, mathematical relationships involving refractive indices have been described. It will be understood that in the case of complex refractive indices, the relationships described above apply to the real parts of the indices, the imaginary parts being smaller than their respective real parts.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif réflecteur comportant un réseau (26) de motifs (28), périodique selon au moins une direction prédéterminée (Y), intercalé entre un premier et un deuxième milieux différents (14, 30) et au contact desdits milieux (14, 30), le premier milieu (14) étant en matériau semi-conducteur, dans lequel :  1. reflector device comprising a network (26) of patterns (28), periodic in at least one predetermined direction (Y), interposed between a first and a second different media (14, 30) and in contact with said media (14, 30); ), the first medium (14) being of semiconductor material, wherein: l'indice de réfraction n2 des motifs (28) est inférieur à l'indice de réfraction i du premier milieu (14); the refractive index n 2 of the units (28) is lower than the refractive index i of the first medium (14); l'indice de réfraction n3 du second milieu (30) est inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs (28); the refractive index n 3 of the second medium (30) is less than or equal to the refractive index n 2 of the units (28); le réseau (26) est défini par les relations : the network (26) is defined by the relations: o est la période du réseau (26) selon la direction
Figure imgf000021_0001
o is the period of the network (26) according to the direction
Figure imgf000021_0001
prédéterminée (Y), et est une longueur d'onde de réglage du réseau (26)
Figure imgf000021_0002
predetermined (Y), and is a network setting wavelength (26)
Figure imgf000021_0002
inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau semi-conducteur du premier milieu (14) ;  less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor material of the first medium (14); o est la largeur des motifs (28) du réseau (26) selon la
Figure imgf000021_0003
o is the width of the patterns (28) of the grating (26) according to the
Figure imgf000021_0003
direction prédéterminée (Y) ; et  predetermined direction (Y); and o est l'épaisseur des motifs (28) du réseau (26). o is the thickness of the patterns (28) of the grating (26).
Figure imgf000021_0004
2. Dispositif réflecteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le rapport
Figure imgf000021_0006
est supérieur ou égal à 0,4 et inférieur ou égal à 0,7. 3. Dispositif réflecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur des motifs du réseau est supérieure ou égale à
Figure imgf000021_0004
Reflector device according to Claim 1, characterized in that the ratio
Figure imgf000021_0006
is greater than or equal to 0.4 and less than or equal to 0.7. 3. Reflective device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the thickness of the patterns of the network is greater than or equal to
Figure imgf000021_0005
4. Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'indice de réfraction n2 des motifs du réseau est inférieur ou égal à 0,75 fois l'indice de réfraction n1 du premier milieu, et de préférence inférieur ou égal à 0,5 fois l'indice de réfraction n1 du premier milieu. 5. Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face arrière (20) du réseau (26) comporte une couche intermédiaire (42), notamment une couche de passivation, d'indice de réfraction n2 compris entre l'indice de réfraction n2 des motifs (28) et l'indice de réfraction n3 du milieu (30) et d'épaisseur inférieure ou égale à l'épaisseur des motifs (28).
Figure imgf000021_0005
4. Reflector device according to any one of the preceding claims, characterized in that the refractive index n 2 of the patterns of the grating is less than or equal to 0.75 times the refractive index n 1 of the first medium, and of preferably less than or equal to 0.5 times the refractive index n 1 of the first medium. 5. reflector device according to any one of the preceding claims, characterized in that the rear face (20) of the network (26) comprises an intermediate layer (42), in particular a passivation layer, refractive index n 2 included between the refractive index n 2 of the patterns (28) and the refractive index n 3 of the medium (30) and of thickness less than or equal to the thickness of the patterns (28).
6. Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (42) est constituée de SiOx, notamment de Si02, d'Al203, de Si , de SiN4, de Zr02, de Ti02, de B203, d'un polymère tel que par exemple du PMMA (polyméthacylate de méthyle), d'un oxyde transparent conducteur de bas indice de réfraction, notamment du ZnO, du Sn02 ou de ΓΙΤΟ, ou d'une résine transparente conductrice. 7. Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face avant du réseau (26) comprend une couche (40) constituée d'un matériau différent du matériau du premier milieu (14), le matériau différent (40) ayant un indice de réfraction n compris entre 0,8 fois et 1,2 fois l'indice de réfraction du matériau du premier milieu (14), et supérieur à l'indice de réfraction n2 des motifs (28) du réseau. 8. Dispositif réflecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau du premier milieu (14) est du silicium cristallin et le matériau différent (40) est du silicium amorphe ou un matériau semi-conducteur de type III-V. 9. Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau périodique (26) a au moins deux directions selon lesquelles il présente une périodicité, notamment aux moins deux directions perpendiculaires. 10 Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier milieu (14) est en silicium, et en ce que les motifs (28) sont constitués de SiOx, notamment de Si02, d'Al203, de SiN, de SiN4, de Zr02, de Ti02, de B203, d'un polymère tel que par exemple du PMMA (polyméthacylate de méthyle), d'un oxyde transparent conducteur de bas indice de réfraction, notamment du ZnO, du Sn02 ou de ΓΙΤΟ, ou d'une résine transparente conductrice. 6. reflector device according to any one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer (42) consists of SiOx, including Si0 2 , Al 2 0 3 , Si, SiN 4 , Zr0 2 , TiO 2 , B 2 0 3 , a polymer such as for example PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index, in particular ZnO, SnO 2 or ΓΙΤΟ, or a transparent conductive resin. Reflective device according to any one of the preceding claims, characterized in that the front face of the grating (26) comprises a layer (40) made of a material different from the material of the first medium (14), the material being different ( 40) having a refractive index n between 0.8 times and 1.2 times the refractive index of the material of the first medium (14), and greater than the index of refraction n 2 of the patterns (28) of the grating . 8. Reflector device according to claim 7, characterized in that the material of the first medium (14) is crystalline silicon and the different material (40) is amorphous silicon or a III-V type semiconductor material. 9. reflector device according to any one of the preceding claims, characterized in that the periodic array (26) has at least two directions in which it has a periodicity, in particular at least two perpendicular directions. Reflection device according to any one of the preceding claims, characterized in that the first medium (14) is made of silicon, and in that the units (28) consist of SiOx, in particular SiO 2 , Al 2 O 3 , SiN, SiN 4 , ZrO 2 , TiO 2 , B 2 0 3 , a polymer such as, for example, PMMA (polymethyl methacrylate), a transparent conductive oxide of low refractive index , in particular ZnO, Sn0 2 or ΓΙΤΟ, or a conductive transparent resin. 11. Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu (30) recouvrant le réseau périodique (26) est de l'air. 12. Dispositif réflecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le milieu (30) recouvrant le réseau périodique (26) comprend une couche d'encapsulation, notamment en éthylène-acétate de vinyle, en biphényle polychloré, en une résine époxy, ou en polyméthacylate de méthyle. 11. reflector device according to any one of the preceding claims, characterized in that the medium (30) covering the periodic array (26) is air. 12. reflector device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the medium (30) covering the periodic array (26) comprises an encapsulation layer, in particular ethylene vinyl acetate, polychlorinated biphenyl, in an epoxy resin, or polymethyl methacrylate. 13. Dispositif photovoltaïque (10) comprenant une tranche (14) de matériau semiconducteur pour l'absorption d'un flux lumineux, ladite tranche (14) présentant une face avant (16) recevant le flux lumineux incident (18), une face arrière (20) opposée à la face avant (16), et une électrode (24) recouvrant partiellement la face arrière (20), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif réflecteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes sur au moins une partie de la face arrière (20) non recouverte par l'électrode (24), ladite tranche (14) constituant le premier milieu du dispositif réflecteur. 13. A photovoltaic device (10) comprising a wafer (14) of semiconductor material for absorbing a luminous flux, said wafer (14) having a front face (16) receiving the incident luminous flux (18), a rear face (20) opposite to the front face (16), and an electrode (24) partially covering the rear face (20), characterized in that it comprises a reflector device according to any preceding claim on at least one part of the rear face (20) not covered by the electrode (24), said wafer (14) constituting the first medium of the reflector device. 14. Dispositif photovoltaïque (10) selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tranche (14) de matériau absorbant présente une chute de son absorption optique dans une gamme prédéterminée de longueurs d'onde inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau semi-conducteur, et en ce que la longueur d'onde de réglage du réseau (26) du dispositif réflecteur est comprise
Figure imgf000023_0003
Photovoltaic device (10) according to claim 13, characterized in that the wafer (14) of absorbent material has a drop in its optical absorption in a predetermined range of wavelengths shorter than the wavelength corresponding to the forbidden band of the semiconductor material, and in that the adjusting wavelength of the grating (26) of the reflecting device is included
Figure imgf000023_0003
entre est la borne inférieure de ladite gamme. between is the lower bound of said range.
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
15. Dispositif photovoltaïque (10) selon la revendication 14, caractérisé en ce que la longueur d'onde de réglage est sensiblement égale à la borne inférieure de
Figure imgf000023_0004
Figure imgf000023_0005
ladite gamme.
Photovoltaic device (10) according to claim 14, characterized in that the adjustment wavelength is substantially equal to the lower limit of
Figure imgf000023_0004
Figure imgf000023_0005
said range.
16. Dispositif photovoltaïque (10) selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que la tranche (14) est constituée de silicium, et en ce que la borne inférieure est comprise entre 750 nanomètres et 800 nanomètres. 16. Photovoltaic device (10) according to claim 14 or 15, characterized in that the wafer (14) is made of silicon, and in that the lower limit is between 750 nanometers and 800 nanometers. 17. Dispositif photovoltaïque (10) selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que la tranche (14) est constituée de germanium, et en ce que la borne inférieure est supérieure à 1 micromètre. 17. Photovoltaic device (10) according to claim 14 or 15, characterized in that the wafer (14) is made of germanium, and in that the lower limit is greater than 1 micrometer. 18. Procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque comprenant une tranche de matériau semi-conducteur pour l'absorption d'un flux lumineux, ladite tranche présentant une face avant recevant le flux lumineux incident, une face arrière opposée à la face avant, et une électrode recouvrant partiellement la face arrière, caractérisé en ce qu'il consiste : 18. A method of manufacturing a photovoltaic device comprising a slice of semiconductor material for absorbing a luminous flux, said slice having a front face receiving the incident luminous flux, a rear face opposite to the front face, and an electrode partially covering the rear face, characterized in that it consists: à former un réseau de motifs, périodique selon au moins une direction prédéterminée, d'indice de réfraction n2 inférieur à l'indice de réfraction
Figure imgf000023_0002
du matériau semi-conducteur constitutif de la tranche, et réalisé dans l'épaisseur d'au moins une partie de la face arrière non recouverte par l'électrode ; et à recouvrir au moins la portion de face arrière comprenant le réseau d'un milieu d'indice de réfraction n3 inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs du réseau et recouvrant ;
forming a pattern network, periodic in at least one predetermined direction, of refractive index n 2 less than the refractive index
Figure imgf000023_0002
semiconductor material constituting the wafer, and made in the thickness of at least a portion of the rear face not covered by the electrode; and covering at least the rear face portion comprising the grating of a medium of refractive index n 3 less than or equal to the refractive index n 2 of the patterns of the network and covering;
le réseau étant défini par les relations :  the network being defined by relations: est la période du réseau selon la direction prédéterminée,
Figure imgf000024_0004
Figure imgf000024_0001
is the period of the network in the predetermined direction,
Figure imgf000024_0004
Figure imgf000024_0001
est une longueur d'onde de réglage du réseau inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau absorbant semi-conducteur constitutif de la tranche, et n3 est l'indice de réfraction du milieu recouvrant le réseau ;is a wavelength of adjustment of the network less than the wavelength corresponding to the forbidden band of the constituent semiconductor absorbent material of the wafer, and n 3 is the index of refraction of the medium covering the network; est la largeur des motifs du réseau selon la direction
Figure imgf000024_0002
is the width of the patterns of the network according to the direction
Figure imgf000024_0002
prédéterminée ; et  predetermined; and est l'épaisseur des motifs du réseau. is the thickness of the patterns of the network.
Figure imgf000024_0003
19. Procédé de fabrication d'un dispositif photovoltaïque selon la revendication 18, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur absorbant est du silicium cristallin, et en ce que la tranche (14) a une épaisseur inférieure à 150 micromètres.
Figure imgf000024_0003
19. A method of manufacturing a photovoltaic device according to claim 18, characterized in that the absorbent semiconductor material is crystalline silicon, and in that the wafer (14) has a thickness of less than 150 micrometers.
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