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WO2013030482A1 - Dispositif reflecteur pour face arriere de dispositifs optiques - Google Patents

Dispositif reflecteur pour face arriere de dispositifs optiques Download PDF

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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
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractive index
medium
network
patterns
wafer
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2012/051796
Other languages
English (en)
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/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/26—Reflecting filters
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV 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

Un dispositif réflecteur comporte 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), le premier milieu (14) étant en matériau semi-conducteur. En outre : ■ l'indice de réfraction n2 des motifs (28) est inférieur à l'indice de réfraction i\ du premier milieu (14); ■ l'indice de réfraction n3 du second milieu (30) est inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs (28); ■ le réseau (26) est défini par les relations : o P = reg-n3 s où p est la période du réseau (26) selon la direction prédéterminée (Y), et reg est une longueur d'onde de réglage du réseau (26) -inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau semi-conducteur du premier milieu (14); W o 0,2≤W— P ≤ 0,9, où W est la largeur des motifs (28) du réseau (26) selon la direction prédéterminée (Y); et o h1≤ n2 reg, où h1 est l'épaisseur des motifs (28) du réseau (26).

Description

DISPOSITIF RÉFLECTEUR POUR FACE ARRIÈRE DE DISPOSITIFS OPTIQUES DOMAINE DE L'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.
ETAT DE LA TECHNIQUE
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
EXPOSE DE L'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.
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 :
■ l'indice de réfraction n2 des motifs est inférieur à l'indice de réfraction
Figure imgf000007_0001
du premier milieu;
■ l'indice de réfraction n3 du second milieu est inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs;
■ le réseau est défini par les relations :
o est la période du réseau selon la direction prédéterminée, et 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 ;
o est la largeur des motifs du réseau selon la direction
Figure imgf000007_0003
prédéterminée ; et
o est l'épaisseur des motifs du réseau.
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.
Selon un mode de réalisation, le rapport est supérieur ou égal à 0,4 et inférieur ou
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
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.
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.
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.
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 :
■ l'indice de réfraction n2 des motifs est inférieur à l'indice de réfraction
Figure imgf000010_0001
du premier milieu ;
■ l'indice de réfraction n3 du second milieu est inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs ;
■ le réseau est défini par les relations :
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 ;
W est la largeur des motifs du réseau selon la direction
Figure imgf000010_0005
prédéterminée ; et
est l'épaisseur des motifs du réseau.
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.
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 entre
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
d'obtenir une réflexion élevée dans la gamme de longueurs d'onde pour laquelle la tranche à base de silicium est peu absorbante.
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 réglage
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.
Selon un autre mode de réalisation, la tranche est constituée de germanium, et la borne inférieure est supérieure à 1 micromètre.
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.
Selon l'invention, ce procédé consiste :
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
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
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 ;
est la largeur des motifs du réseau selon la direction
Figure imgf000011_0003
prédéterminée ; et
est l'épaisseur des motifs du réseau.
Figure imgf000011_0004
Le matériau semi-conducteur absorbant est du silicium cristallin, et la tranche a une épaisseur inférieure à 150 micromètres.
BRÈVE DESCRIPTION DES 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 :
■ 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 ;
■ la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une structure sub-longueur d'onde réflectrice selon l'état de la technique ;
■ 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 ;
■ 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 ;
■ la figure 5 est une vue schématique en coupe selon le plan A-A de la figure 4 ;
■ la figure 6 est une vue schématique de détail en coupe du dispositif de la 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 ;
■ la figure 8 une vue schématique de détail en coupe d'un dispositif selon un second mode de réalisation de l'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 ;
■ la figure 10 une vue schématique de détail en coupe d'un dispositif selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ;
■ la figure 11 une vue schématique de détail en coupe d'un dispositif selon un cinquième mode de réalisation de l'invention ;
■ la figure 12 est une vue schématique de dessus d'un réseau périodique selon un sixième mode de réalisation de l'invention ;
■ la figure 13 est une vue schématique de dessus d'un réseau périodique selon un septième mode de réalisation de l'invention ; et
■ 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
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.
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%.
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.
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.
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 :
Figure imgf000014_0001
P est la période du réseau 26 selon la direction Y ;
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
h1 est l'épaisseur des bandes 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.
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.
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
nanomètres et 1000 nanomètres.
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
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
alors comme un réflecteur qui renvoie vers la tranche 14 le rayonnement ayant traversé celle-ci.
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
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
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
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 .
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
du réseau est avantageusement importante pour obtenir un résultat équivalent. Par exemple, pour nanomètres, et pour
Figure imgf000015_0005
Figure imgf000015_0006
nanomètres.
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.
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.
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.
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
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
des motifs 26 inférieure par exemple à , et a un indice de réfraction t qui diffère de
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 à
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
égale à 250 nanomètres.
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.
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 à
1,45. Le rapport est égal à 0,55, et l'épaisseur des motifs 28 est égale à 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.
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.
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
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.
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.
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
0,62, l'épaisseur des motifs 28 est égale à 250 nanomètres, et le réseau 26 est directement au contact de l'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
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.
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.
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.

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 :
■ l'indice de réfraction n2 des motifs (28) est inférieur à l'indice de réfraction i du premier milieu (14);
■ l'indice de réfraction n3 du second milieu (30) est inférieur ou égal à l'indice de réfraction n2 des motifs (28);
■ le réseau (26) est défini par les relations :
o est la période du réseau (26) selon la direction
Figure imgf000021_0001
prédéterminée (Y), et est une longueur d'onde de réglage du réseau (26)
Figure imgf000021_0002
inférieure à la longueur d'onde correspondant à la bande interdite du matériau semi-conducteur du premier milieu (14) ;
o est la largeur des motifs (28) du réseau (26) selon la
Figure imgf000021_0003
direction prédéterminée (Y) ; et
o est l'épaisseur des motifs (28) du réseau (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_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).
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.
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.
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.
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
entre est la borne inférieure de ladite gamme.
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.
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.
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.
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 :
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 ;
le réseau étant défini par les relations :
est la période du réseau selon la direction prédéterminée,
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 ;
est la largeur des motifs du réseau selon la direction
Figure imgf000024_0002
prédéterminée ; et
est l'épaisseur des motifs du réseau.
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.
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