WO1984004425A1 - Cellule photovoltaique de grande surface et son procede de fabrication - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention concerns a cellule photovolta ⁇ que de grande surface, accompanied d'un ensemble de cellules issementaires filiforraes, renewment raccordées between elles et incrustées dans a plaque transparente, ces cellules comportant Roome a beachde constituée par un conducteur central allongé, au raoins une couch semi -conductrice entourant ce conducteur central pour former une diode photoactive et une counter-electrode.
  • the present invention is proposed de pallier ces inconvenients en outdoor consumer, par des develop simples et clergys, une cellule photovoltaica ⁇ que de grande surface, trés robust et de dimension quelconque.
  • the present invention contains en reference to the description of an example of realization and design annexed, in the following:
  • La figure 1 represents a view in a coupe transversale d'une cellule photovolta ⁇ que selon l'invention
  • the figure 3 represents one matters en coupe d'une variant d'une cellule élémentaire patented patented aforementioned patents, et
  • La fig. 2a represents one réelle in perspective d'un fil photovolta ⁇ que cylindrique ou d'une bande plate,alés en continu et Oceans pour la supervision d'une cellule photovolta ⁇ que parts que facilitateée par la fig. 2d.
  • Ce fil photovolta ⁇ que se compose d'une beachde peripheral 21 .
  • La fig. 2c illustre l'étapeite de la fabrication de cette cellule.
  • This tape consisted of incrusting partial segments 24 deposited on the plaque de recouvrement transparente 25 and exerimposed une pression P, par example au meticulous d'une plaque 28 quiette prolongation prolongation .
  • La fig. 2e represents the cellule photovolta ⁇ que mediatede Congress mise en place de la plaque de base 30, quietteSU constituée par un matériau dans lequel on incruste, comme feedbackcédemment, les surfaces complaintllelles des cellules élémentaires.
  • La fig. 3 represent one réelle en coupe d'une cellule élémentaire comportant une bmwde peripheral 31, two couches semi-conductrices 32 and 33 et une real-leyde 34.
  • a part cellule Immerfiee pour la realization de capteurs part cellule
  • La fig. 6 illustre une cellule photovolta ⁇ que 60 christ de quatre groups 61, 62, 63 and 64 de cellules élémentaires 65. Pourchied une parts cellule, onlee disadvantageusement une cellule identique à celle de la fig. 4 et on separate, comme crosscédemment, parcopy, à intervales reguiiers d'une cellule elementaire, lesdites cellules élementaires en quatre representatives distincts.
  • Ces quatre groups de cellules issem ⁇ ntaires thank connectés en series aux bornes 66 and 67.

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Description

CELLULE PHOTOVOLTAIQUE DE GRANDE SURFACE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne une cellule photovoltaïque de grande surface, composée d'un ensemble de cellules élémentaires filiforraes, électriquement raccordées entre elles et incrustées dans une plaque transparente, ces cellules comportant chacune une électrode constituée par un conducteur central allongé, au raoins une couche semi-conductrice entourant ce conducteur central pour former une diode photoactive et une contre-électrode.
Cette invention concerne également un procédé de fabrication d'une teile cellule.
La demande de brevet français publiée sous le No. 2 417 188, décrit un convercisseur photovoltaïque réalisé à l'aide d'un barreau semiconducteur incrusté dans une plaque de matériau synthétique transparent.
La publication japonaise No. 57-26476 parue dans "Patents Abstracts of Japan", volume 6, no. 91 (E-109) (969), du 28 mai 1982, décrit une cellule photovoltaïque filiforme comportant un fil métallique sur lequel sont déposées des couches semiconductrices pour former une diode photo-active.
La publication Japonaise No. 57-26477 également parue dans "Patents Abstracts of Japan", volume 6, no. 91 (E-109) (969) du 28 mai 1982, décrit une cellule photovoltaïque de grande surface constituée par une structure tissée ou tressée obtenue à l'aide de cellules photovoltaϊques filiformes telles que mentionnées ci-dessus.
Ces structures tissées présentent de multiples avantages par rapport aux cellules traditionnelles, par exemple à base de matériau mono polycristallin et/ou couches minces, notamment en ce qui concerne le coüt de fabricacion des composants filiformes utilisés comme élémentde base.
Toutefois, elles présentent également des inconvénients dus notamment aux torsions qui apparaissent lors du tissage des fils. En outre, il est bien certain que la réalisation des contacts par attaque chimique locaiisée n'est pas particuliérement aisée et nécessite certaines précautions. D'autre part, les cellules élémentaires risquent d'être endommagées lors de leur manipulation pour la réalisation de la structure tissée ou tressée.
Enfin, le mode de collection du courant est particuliérement complexe, de sorte que les économies faites lors de la réalisation des cellules élémentaires, par rapport à la fabrication de cellules classiques, ne se répercutent pas intégralement sur le coüt des structures de grande surface fabriquées à partir de cellules élémentaires tissées, en raison des frais engendrés au cours des différentes opérations nécessaires à cette fabrication.
De plus, l'utilisation de matériaux en couches minces pour la fabrication de cellules planes de grande surface se révèle délicate en raison du probleme des court-circuits ponctuels (couramment appelés "pinholes").
La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant, par des moyens simples et économiques, une cellule photovoltaïque de grande surface, trés robuste et de dimension quelconque.
Dans ce but, la cellule selon l' invention est caractérisée en ce que les cellules élémentaires filiformes sont constituées par des segments rectilignes, en ce que ces cellules élémentaires sont Juxtaposées et disposées parallélement entre elles, en ce que ces segments Juxtaposés définissent une premiére surface destinée à être exposée à la lumiere, au moins partiellement encastrée dans la plaque transparente et une seconde surface destinée à ne pas être exposée à la lumiere, opposée à ladite première surface, et en ce que la contre-électrode est constituée par une couche metallisée continue appliquée au moins partiellement sur ladite seconde surface.
Le procede selon l' invention est caracterisé en ce que l'on juxtapose ces segments rectilignes parallélement entre eux de teile manière qu'ils definissent une première surface destinée à étre exposée à la lumière et une seconde surface destinée à ne pas être exposée à la lumière, opposée à ladite première surface, en ce que l'on encastre au moins partiellement ladite première surface dans la plaque transparente, et en ce que l'on metallise au moins partiellement ladite seconde surface pour former ladite contre-électrode continue appliquée sur cette surface.
La presente invention sera mieux comprise en référence a la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une cellule photovoltaïque selon l'invention,
Les figures 2a, 2b, 2c, 2d et 2e illustrent les différentes étapes de fabrication d'une cellule photovoltaïque selon l'invention,
La figure 3 représente une vue en coupe d'une Variante d'une cellule élémentaire pouvant être utilisée pour la réalisation d'une cellule photovoltaïque selon l' invention, et
Les figures 4, 5 et 6 illustrent différents modes de branchement des cellules élémentaires pouvant être réalisés pour la fabrication d'une cellule photovoltaïque selon l'invention.
En référence à la fig. 1, 1a cellule photovoltaïque décrite 10, représentée vue en coupe transversale, se compose d'une série de cellules élémentaires 11 juxtaposées encapsulées. Chacune de ces cellules élémentaires 11 est composée d'un conducteur central 12 appelé par la suite électrode, constitué par exemple par un fil métallique plein. L' électrode 12 est entourée de deux couches semi-conductrices 13 et 14, qui constituent une diode photo-active. II est à noter que la diode photo-active pourrait ne comporter qu'une seule couche semiconductrice et constituer une diode du type appelé "diode Schottky" ou avoir un nombre de couches supérieur à deux. Une contre-électrode 15 entoure partiellement la couche semi-conductrice extérieure 14. Cette contre-électrode est obtenue de préférence par métallisation partielle de la surface arriére, c'est-à-dire non exposée à la lumière, de chaque cellule élémentaire . Ces cellules élémentaires sont encapsulées dans une plaque de base 16 et une plaque de recouvrement transparente 17, qui peuvent être constituées par des feuilles d'un matériau thermoformable. Toutefois, l'encapsulage des cellules élémentaires pourrait également être effectué au moyen d'une matière synthétique transparente teile que par exemple une matière therraoformable, une matière synthétique laminée, une résine polymérisable, par exemple un polyvinyl butyrate (P.V.B.), un étylène vinyl acétate (E.V.A.) ou similaires, éventuellernent déposés sur une plaque transparente 18 notamment en verre.
La fig. 2a représente une vue en perspective d'un fil photovoltaïque cylindrique ou d'une bande plate, fabriqués en continu et utilisés pour la réalisation d'une cellule photovoltaïque teile que représentée par la fig. 2d. Ce fil photovoltaïque se compose d'une électrode centrale 21 ayant la forme d'une bande allongée de section sensiblement rectangulaire et de deux couches semi-conductrices 22 et 23 concentriques à l'électrode centrale 21.
Comme le montre la fig. 2b, ce fil est découpé en segments 24 de longueur déterminée, qui sont juxtaposés et déposés sur une feuille 25 d'un matériau transparent qui constitue la plaque de recouvrement de la cellule terminée. Comme mentionné précédemment, cette plaque peut comporter un substrat en verre 26 et un autre matériau 27 dans lequel on peut incruster les segments 24.
La fig. 2c illustre l'étape suivante de la fabrication de cette cellule. Cette étape consiste à incruster partiellement les segments 24 déposés sur la plaque de recouvrement transparente 25 en exerçant une pression P, par exemple au moyen d'une plaque 28 qui peut éventuellement être chauffée.
L'étape représentée par la fig. 2d consiste à métalliser la surface libre des segments 24 pour former la contre-électrode 29 des cellules filiformes ainsi formées, correspondant à la grille d'une cellule traditionnelle mais entiérement disposée sur la surface non exposée à la lumière .
La fig. 2e représente la cellule photovoltaïque obtenue après mise en place de la plaque de base 30, qui peut être constituée par un matériau dans lequel on incruste, comme précédemment, les surfaces métallisées des cellules élémentaires.
La fig. 3 représente une vue en coupe d'une cellule élémentaire comportant une électrode centrale 31, deux couches semi-conductrices 32 et 33 et une contre-électrode 34. L'électrode centrale est dans ce cas tubulaire et peut être raccordée à un réseau de circulation d'un fluide caloporteur. Cette réalisation est particulierèment avantageuse du fait qu'elle permet de maintenir la cellule à une température relativement basse et sensiblement constante, ce qui augmente son rendement par rapport à une cellule subissant une élévation de temperature . En outre , une teile cellule peut être utilisée pour la réalisation de capteurs solaires hybrides.
Les différentes cellules photovoltaïques décrites ci-dessus présentent de nombreux avantages. D'une part, la contre-électrode qui recouvre sensiblement la totalité de la surface arrière des cellules élémentaires, est entièrement disposée du côté de la face non exposée de la cellule, de sorte que la surface active de cette cellule est maximale. En outre, le chemin à parcourir par les électrons libres pour atteindre cette contre-électrode est au plus égal au quart de diamètre de la cellule élémentaire. La fabrication de la cellule peut être fortement automatisée, du fait que la réalisation du fil composé du conducteur central et des couches semi-conductrices, ainsi que la découpe de ce fil en segments de longueur déterminée, peuvent être effectuées en continu. Chaque segment tronçonne peut être testé avant ou après le montage. Même si une des cellules élémentaires se révélait défectueuse après son montage, eile pourrait être exclue au moment du raccordement électrique de ces cellules. Ce raccordement électrique peut s'effectuer d'une manière très simple par un usinage des extrémités des cellules élémentaires permettant d'atteindre l'électrode centrale. La combinaison de cellules élémentaires du type p-n et du type n-p permet de doubler la tension de la cellule. Enfin, le processus de montage est conçu de teile manière que l'on obtienne, en fin de compte, une structure rigide composée de cellules élémentaires encapsulées, c'està-dire bien protegée et directement utilisable.
La fig. 4 illustre à titre d'exemple une cellule photovoltaïque 40 composée d'une série de cellules élémentaires filiformes 41. Ces cellules Juxtaposées sont connectées en parallèle. Une première borne de contact 42 est raccordée aux extrémités correspondantes des cellules élémentaires. Ce raccordement est de préférence exécuté par une microsoudure de la pièce métallique qui forme la borne de contact 42 sur les extrémités des conducteurs centraux des cellules élémentaires, ces conducteurs ayant préaiablement été mis à nu par un meulage local ou tout autre Intervention mécanique ou chimique appropriée. L'autre borne de contact 43 est raccordée à la contre-électrode constituée par la couche métallique deposée sur la face arrière de la cellule.
La cellule 50 de la fig. 5 se compose de deux groupes 51 et 52 de cellules élémentaires 53 identiques aux précédentes. La séparation en deux groupes s'effectue d'une manière tres simple à partir de la cellule de la fig. 4, en retirant une cellule élémentaire 53 pour créer un espace libre 54 entre les deux groupes 51 et 52. Les cellules élémentaires 53 sont branchées en parallèle dans chacun des groupes 51 et 52; par contre, les deux groupes 51 et 52 sont connectes en série aux bornes 55 et 56.
La fig. 6 illustre une cellule photovoltaïque 60 composée de quatre groupes 61, 62, 63 et 64 de cellules élémentaires 65. Pour réaliser une teile cellule, on fabrique avantageusement une cellule identique à celle de la fig. 4 et on sépare, comme précédemment, par retrait, à intervalles reguiiers d'une cellule elémentaire, lesdites cellules élementaires en quatre groupes distincts. Ces quatre groupes de cellules élémεntaires sont connectés en série aux bornes 66 et 67.
Si l'on admet que la cellule 40 de la fig. 4 fournit une tension de 1U volts, et une intensité de ImA, la cellule 50 de la fig. 5 fournit une tension de 2U volts et une intensité de I/2mA et la cellule 60 de la fig. 6 fournit une tension de 4U volts ou éventuellement ±2U volts et une intensité de I/4mA.
La généralisation est évidente, et on peut aisément imaginer que le procédé de réalisation particulièrement simple consistant à grouper les cellules élémentaires par paquets et d'effectuer les raccordements en série ou en parallèle souhaités, permet de mettre à disposition de l'industrie électronique des sources de tension de valeurs quelconques.

Claims

Revendications
1. Cellule photovoltaïque de grande surface, composée d'un ensemble de cellules élémentaires filiformes, électriquement raccordées entre elles et incrustées dans une plaque transparente, ces cellules comportant chacune une électrode constituée par un conducteur central allongé, au moins une couche semi-conductrice entourant ce conducteur central pour former une diode photo-active, et une contre-électrode, caractérisée en ce que les cellules élémentaires filiformes sont constituées par des segments rectilignes, en ce que ces cellules éléraentaires sont juxtaposées, disposées parallélement entre elles, en ce que ces segments juxtaposés définissent une première surface destinée à étre exposée à la lumiére, au moins partiellement encastrée dans la plaque transparente, et une seconde surface destinée à ne pas être exposée a la lumiére, opposée à ladite première surface, et en ce que la contre-électrode est constituée par une couche métallisée continue appliquée au moins partiellement sur ladite seconde surface.
2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte également une plaque de base dans laquelle est incrustée au moins partiellement ladite seconde surface, préalableraent métallisée.
3. Cellule selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la plaque transparente et/ou la plaque de base comportent au moins l'une des substances suivantes : une matiére plastique laminée, une feuille de matériau thermoformable, une résine polymerisable teile qu'un polyvinyl butyrate (P.V.B.) ou un étyléne vinyl acétate (E.V.A).
4. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conducteur central est tubulaire, et en ce qu'il est raccordé a un réseau de circulation d'un fluide caloporteur.
5. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conducteurs centraux de toutes les cellules élémentaires sont mis à nu à l'une de leurs extrémités et raccordés électr-iquement entre eux.
6. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cel lules élémentaires comportent alternativement des diodes de type n-p et de type p-n, et en ce que ces cellules sont respectivement couplées en elles.
7. Cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux groupes de cellules élémentaires, ces cellules élémentaires étant connectées en paralléles à l'intérieur de chacun de ces groupes et les groupes étant connectés en série.
8. Procedé de fabrication d'une cellule photovoltaïque de grande surface, composée d'un ensemble de cellules élémentaires filiformes, électriquement raccordées entre elles et incrustées dans une plaque transparente, ces cellules comportant chacune une électrode constituée par un conducteur central allongé, au moins une couche semi-conductrice entourant ce conducteur central pour former une diode photoactive et une contre-électrode, caractérisé en ce que l'on juxtapose ces segments rectilignes parallèlement entre eux de teile manière qu'ils définissent une premiére surface destinée ä étre exposée à la lumiére et une seconde surface destinée à ne pas étre exposée à la lumiére, opposée a ladite premiére surface, en ce que l'on encastre au moins partiellement ladite premiére surface dans la plaque transparente, et en ce que l'on métallise au moins partiellement ladite seconde surface pour former ladite contre-électrode continue appliquée sur cette surface.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on incruste au moins partiellement ladite seconde surface, préalablement au moins partiellement métallisée, dans une plaque de base.
10. Procédό selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'on utilise comme plaque de base et/ou comme plaque transparente, une feuille de matériau thermoformable, et en ce que l'on incruste les cellules élémentaires dans ces plaques en chauffant les cellules et en exerςant une pression sur les plaques.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on réalise la plaque de base et/ou la plaque transparente au moyen d'une raatiére synthétique transparente déposée sur un substrat en verre.
12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on effectue le raccordement électrique d'au moins une partie des cellules élémentaires, en mettant à nu au moins un tronςon de leur conducteur central par un procédé mécanique et en effectuant la liaison de ce conducteur central avec une borne de contact par microsoudure.
13. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on réalise des groupes de cellules élémentaires, destinés a étre connectés en serie, en supprimant au moins une cellule élémentaire pour former au moins un intervalle séparant deux groupes adjacents.
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