EP2232588A1 - Dispositif generateur d'energie comprenant un convertisseur photovoltaique et un convertisseur thermoelectrique, ce dernier etant inclus au sein du substrat support du convertisseur photovoltaique - Google Patents

Dispositif generateur d'energie comprenant un convertisseur photovoltaique et un convertisseur thermoelectrique, ce dernier etant inclus au sein du substrat support du convertisseur photovoltaique

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Publication number
EP2232588A1
EP2232588A1 EP08861027A EP08861027A EP2232588A1 EP 2232588 A1 EP2232588 A1 EP 2232588A1 EP 08861027 A EP08861027 A EP 08861027A EP 08861027 A EP08861027 A EP 08861027A EP 2232588 A1 EP2232588 A1 EP 2232588A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrically conductive
conductive layer
thermoelectric
converter
type
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08861027A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Marc Plissonnier
Stéphanie CAPDEVILLE
Frédéric GAILLARD
Jean-Philippe Mulet
Sébastien Noel
Jean-Philippe Schweitzer
Jérôme GILLES
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.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Compagnie de Saint Gobain SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Compagnie de Saint Gobain SA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP2232588A1 publication Critical patent/EP2232588A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of energy recovery and conversion systems.
  • it relates to a device capable of coupling a photovoltaic converter with a thermoelectric converter to produce electrical energy.
  • Photovoltaic converters also called solar cells, are used to convert light energy into electrical energy. They consist essentially of a support substrate, made of electrically insulating and thermally insulating material, on which resides a stack of layers consisting of an n / p junction comprising two semiconductor layers (one of type n and the other of type p) and two electrically conductive layers located on either side of the n / p junction, one of the faces of the n / p junction being intended to be subjected to light radiation.
  • thermoelectric converter makes it possible to convert heat into electrical energy by exploiting the difference in temperature existing between two ends of a thermoelectric material.
  • thermoelectric converter two types of coupling between a photovoltaic converter and a thermoelectric converter are known.
  • thermoelectric converter and a photovoltaic converter can be coupled by placing the thermoelectric converter 2 under the photovoltaic converter 1, the photovoltaic converter being oriented so as to make against light radiation.
  • a device is thus obtained comprising a support substrate 3 on which a photovoltaic converter 2, comprising a stack of a layer of n-doped semiconductor material 12 and a layer of material, rests on one side.
  • thermoelectric converter 2 comprising a layer of thermoelectric material 24 sandwiched between an electrically conductive layer 20 and another electrically conductive layer 21 (the thermoelectric effect is symbolized in FIG. 1 by the symbol ⁇ T).
  • thermoelectric converter the thermal coupling between the photovoltaic converter and the thermoelectric converter, through the support substrate, is relatively poor because of the thermally insulating properties of the support substrate.
  • the difference in hot-cold temperature in the thermoelectric converter is even lower and unprofitable in terms of production of electrical energy.
  • FIG. 2 This type of coupling is shown diagrammatically in FIG. 2.
  • a layer stack is placed comprising a layer of n-type semiconductor material 120 and a p-type semiconductor material layer 130 (forming a n / p junction 140), the stack being sandwiched between a layer of electrically conductive and thermoelectric material (forming both the upper electrode 30 of the photovoltaic converter and the hot junction 30 of the thermoelectric converter) and a layer of material electrically conductive and thermoelectric (forming both the lower electrode 31 of the photovoltaic converter and the cold junction 31 of the thermoelectric converter).
  • the existing temperature difference is exploited through the thickness of the n / p junction of the photovoltaic converter, namely between the front face of the photovoltaic converter and its buried part.
  • a difference in temperature may occur when the n / p junction of the photovoltaic converter is subjected to light radiation, for example solar radiation.
  • thermoelectric conversion By depositing thermoelectric materials on the opposite faces of the photovoltaic converter (front face and buried face in contact with the support substrate of the photovoltaic converter), this temperature difference can therefore be exploited by thermoelectric conversion. In general, knowing that the electric power recovered by a thermoelectric converter is all the more important that the temperature difference is large, it is found that this second configuration is only interesting if the thermal resistance of the materials forming the junction n / a. p of the photovoltaic converter is large.
  • this type of coupling is limited to photovoltaic converters made in materials with low thermal conductivity, such as for example in a GaN type photovoltaic material, so that the light radiation can heat up the upper part of the photovoltaic converter and that the lower part remains "cold".
  • a basic electrical energy generating device comprising a photovoltaic converter and a thermoelectric converter, the photovoltaic converter comprising a stack of layers resting on a support substrate made of thermally insulating material, the stack of layers comprising a first electrically insulating layer.
  • thermoelectric converter comprising a third electrically conductive layer serving as a hot junction, a fourth electrically conductive layer serving as a cold junction, the hot and cold junctions sandwiching an element made of thermoelectric and electrically conductive material, characterized in that the thermoelectric element and ctrically conductive material is included in the thickness of the substrate thermally insulating the photovoltaic converter so that one end of said element is in contact with the hot junction and the other end of said element is in contact with the cold junction.
  • a photovoltaic converter is coupled with a thermoelectric converter in such a way as to be able to exploit the thermal gradient generated by the support substrate made of electrically insulating material, generally made of glass, of the photovoltaic converter.
  • the first electrically conductive layer is transparent to incident radiation.
  • the hot junction and the lower electrode are one and the same electrically conductive layer.
  • thermoelectric and electrically conductive element is included in the entire thickness of the support substrate.
  • the support substrate is a glass substrate, that is to say silica.
  • the support substrate is an airgel substrate.
  • the support substrate is a silica airgel substrate.
  • an airgel is a gel-like material in which the liquid component is replaced by gas.
  • An airgel is a solid with very low density and has great properties thermal insulation (thermal conductivity less than 0.2 W m -1 K -1 ).
  • the photoactive material layer of the photovoltaic converter comprises a layer of first n-type semiconductor material and a layer of second semiconductor material of type
  • thermoelectric and electrically conductive element may be a metallic or semiconductor material
  • thermoelectric and electrically conductive element comprises a first n-type thermoelectric and electrically conductive material and a second p-type thermoelectric and electrically conductive material.
  • thermoelectric and electrically conductive element comprises a first n-type thermoelectric and semiconductor material and a second p-type thermoelectric and semiconductor material.
  • the invention also relates to an electric energy generating system.
  • This system comprises photovoltaic converters and thermoelectric converters, where i is an integer greater than or equal to 2, the said photovoltaic converters and the said thermoelectric converters being respectively electrically connected in series, each photovoltaic converter comprising a stack of layers resting on a substrate.
  • thermoelectric converter comprising a a third electrically conductive layer serving as a hot junction, a fourth electrically conductive layer serving as a cold junction, the hot and cold junctions sandwiching a n-type thermoelectric and electrically conductive material member and a p-type thermoelectric and electrically conductive material member; , the n-type and p-type elements being spaced from one another, characterized in that the n-type element and the p-type element of each thermoelectric converter is included in the thickness of the support substrate of each photovoltaic converter thermally insulating material so that one end of the n-type element and one end of the p-type element are in contact with the same hot junction and the other end of the element of the type n and the other end of the p-type
  • the support substrates of the photovoltaic converters are one and the same support substrate for all photovoltaic converters
  • each hot junction and each lower electrode are one and the same electrically conductive layer.
  • thermoelectric materials are n-type and p-type semiconductor materials.
  • the support substrates are glass substrates, that is to say silica.
  • the support substrates are airgel substrates.
  • the support substrates are substrates in silica airgel.
  • the invention relates to a method for producing an elementary device generating energy as described above.
  • This method comprises the following steps: a) supply of a support substrate of thermally insulating and electrically insulating material, b) deposition of an electrically conductive layer on one of the faces of the support substrate, c) etching of a hole in the thickness of the support substrate starting from the face opposite to that comprising the electrically conductive layer deposited in step b), until reaching said electrically conductive layer, d) filling said hole with a thermoelectric and electrically conductive compound and sintering said compound, e) depositing an electrically conductive layer on the face of the support substrate opposite to that comprising the electrically conductive layer deposited in step b), f) depositing a layer of photoactive material on one of the electrically conductive layers, g) depositing an electrically conductive layer on the layer of photoactive material, the electrically conductive layer deposited in step g) forming the upper electrode of the photovoltaic converter, the electrically
  • step f) is performed after step b) and before step c).
  • steps f) and g) are performed after step b) and before step c).
  • the method further comprises, after step b) and before step f), a step m) of depositing an electrically conductive layer on an electrically conductive layer already deposited, step f) being replaced by a step f ') of deposition of a layer of photoactive material on the face of the support substrate comprising two electrically conductive layers, the electrically conductive layer deposited in step g) forming the upper electrode of the photovoltaic converter, the electrically conductive layer deposited in step m) forming the lower electrode of the photovoltaic converter, the electrically conductive layer present between the support substrate and the electrically conductive layer deposited in step m) forming the hot junction of the thermoelectric converter, the remaining electrically conductive layer forming the cold junction of the thermoelectric converter.
  • the electrically conductive layer forming the upper electrode is made of material transparent to light radiation.
  • the method further comprises a step h) of structuring the electrically conductive layer deposited in step g) to obtain a layer Electrically conductive openwork.
  • This structuring may be an etching intended to give the electrically conductive layer the shape of a grid.
  • the support substrate is a glass or airgel substrate, preferably silica airgel.
  • the invention also relates to a method for producing an energy generating system as described above.
  • This method comprises the following steps: a) supply of a support substrate of thermally insulating and electrically insulating material, b) deposition of an electrically conductive layer on the front face of the support substrate, c) structuring of the electrically conductive layer deposited at step b) to form conductive tracks electrically insulated from each other, i being an integer greater than or equal to 2, d) etching of 2i holes in the thickness of the support substrate starting from the rear face of said support substrate until reaching the conductive tracks of the front face of the support substrate, so as to obtain a pair of two holes per conductive track, e) formation of 2i elements of thermoelectric materials and electrically conductive at the 2i holes, one of the elements of each pair of two holes being a thermoelectric compound of type n and the other element of each pair of two holes being in a p-type thermoelectric compound, f) depositing an electrically conductive layer on the rear face of the
  • steps h), i), j) and k) are performed after step c) and before step d).
  • the method further comprises, after step b) and before step c), a step b ') of depositing an electrically conductive layer on the electrically conductive layer deposited in step b), step c) transforming into a step c ') of structuring the electrically conductive layers deposited in steps b) and b') to form electrically isolated conductive tracks from each other, i being an integer greater than or equal to 2 and step h) being transformed into step h ') of deposition of a layer of photoactive material on the front face of the support substrate, the electrically conductive layer structured in step k) forming the upper electrode of each converter photovoltaic, the electrically conductive layer deposited in step b ') and structured in step c') forming the lower electrode of each photovoltaic converter, the electrically conductive layer deposited in step b) and structured in step c ' ) forming the hot junction of each thermoelectric converter, the remaining structured electrically conductive layer forming the cold junction of
  • thermoelectric materials are in the form of powder or in the form of pastes obtained by mixing powders and a binder.
  • the layer of photoactive material comprises a layer of n-type semiconductor material and a layer of p-type semiconductor material.
  • the invention relates, on the one hand, to the use of the thermoelectric converter of the energy generating elementary device as described above for cooling the photovoltaic converter of said elementary device, and other on the other hand, the use of the thermoelectric converters of the energy generating system as described above for cooling the photovoltaic converters of said system.
  • FIG. 1, already described above represents a type of coupling between a photovoltaic converter and a thermoelectric converter according to the prior art
  • FIG. 2, already described above represents another type of coupling between a converter; photovoltaic system and a thermoelectric converter known from the prior art
  • FIG. 3 represents the elementary device generating energy according to the invention
  • FIG. 4 represents the energy generating system according to the invention
  • FIG. 5 represents the electrical diagram equivalent to the system represented in FIG. 4;
  • FIGS. 6A to 6D illustrate the steps of the method for producing the elementary energy generating device according to the invention
  • FIGS. 7A to 7F illustrate the steps of the method for producing the energy generating system according to the invention. DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
  • an electrically conductive layer is deposited on the upper face of a support substrate 3 made of electrically insulating and thermally insulating material.
  • a layer of molybdenum may be deposited on a glass substrate (FIG. 6A).
  • the same electrically conductive layer will serve as both the lower electrode 200 of the photovoltaic converter and the hot junction 200 of the thermoelectric converter.
  • it may be chosen to deposit two electrically conductive layers one on the other, one serving as the lower electrode of the photovoltaic converter and the other serving as a hot junction of the thermoelectric converter.
  • a through-hole is then produced in the thickness of the support substrate 3 starting from the underside of the support substrate until it reaches the electrically conductive layer present on its upper face, for example by chemical etching (lithogravure) (FIG. 6B).
  • thermoelectric and electrically conductive material a material in powder form, or paste obtained by mixing powder (s) and a binder, in order to suitably fill the hole.
  • the material in the form of powder or paste is then sintered so as to obtain good cohesion of the thermoelectric material within the hole and also to ensure good ohmic contact between the thermoelectric material and the electrically conductive layer.
  • thermoelectric element 400 which here has the shape of a bar (according to the shape of the hole) ( Figure 6C).
  • the sintering can be carried out at a temperature of 410 ° C. and at a pressure of 2 tons / cm 2 .
  • thermoelectric converter (FIG. 6C).
  • a layer of p-type semiconductor material 103 is deposited, followed by the deposition of a layer of semiconductor material.
  • n-type conductor 102 to obtain a n / p junction.
  • the materials in question may be respectively p-doped silicon and n-doped silicon.
  • an electrically conductive layer for example a Ni-Cu metal layer, to produce the upper electrode 100 of the photovoltaic converter (FIG. 6D).
  • This metal layer is etched to form a grid so that the underlying layer can receive light radiation.
  • the Etched metal layer may be associated with a transparent and electrically conductive layer (eg TCO) deposited directly on the junction.
  • two through holes can be made in the thickness of the support substrate.
  • the two holes are filled respectively with an n-type thermoelectric material and a p-type thermoelectric material; for example, one of the holes may be filled with a p-type semiconductor material and the other hole may be filled with a n-type semiconductor material in powder form and the sintering of the material is carried out. An n-type bar and a p-type bar are then obtained.
  • an electrically conductive layer on the rear face of the support substrate in a pattern designed so that the end of the p-type semiconductor bar and the end of the n-type semiconductor bar are not electrically in contact through this metallization layer.
  • the metallization can for example be obtained by screen printing or by photolithography of an electrically conductive layer.
  • the electrically conductive layer may for example be a molybdenum layer. Then, we engrave the back side of the substrate
  • thermoelectric and electrically conductive materials of the n and p type for example semiconductor materials
  • the holes are then filled with powder or paste of thermoelectric and electrically conductive materials of the n and p type, for example semiconductor materials, so as to obtain, after sintering, a bar made of n-type material 401 and a bar made of p-type material 402 for each conductive track.
  • Sintering makes it possible to obtain a cohesion of the materials within the holes and to ensure good ohmic contact between the bars and their respective conductive tracks (FIG. 7D).
  • the rear face of the support substrate is then metallized in a pattern intended to achieve an electrical connection between adjacent bars but belonging to different couples, one of type p and the other of type n ( Figure 7D). This produces thermoelectric converters connected in series.
  • a layer of first semiconductor material 103 is deposited on the front face of the support substrate, as well as a layer of second semiconductor material 102. It may be a semi-conductive material.
  • n-type driver and a p-type semiconductor material, or vice versa for example an n-doped silicon layer and a p-doped silicon layer.
  • the photovoltaic converters always have an n / p junction (that is to say two layers, an n-type and a p-type semiconductor layer), but it is quite obvious that the n / p junction can be replaced by a single layer of photoactive material.
  • an electrically conductive layer is deposited on the front face of the support substrate and is structured, for example by etching, so that it overlaps at least partially two adjacent n / p junctions, so as to electrically connect the junctions. p adjacent ( Figure 7F).
  • the serial interconnections of the converters are exploited. photovoltaic and electrical insulation of their lower electrode through the support substrate to make a series connection of thermoelectric converters.
  • the lower electrode of the photovoltaic converters is used to electrically connect the photovoltaic converters in series, but also serves as a hot junction for the thermoelectric converters, in this case the lower electrode serves connection between the bars n and p of the same thermoelectric converter.
  • a power generation system comprising several photovoltaic converters and several thermoelectric converters
  • the device and the system obtained result from the integration of one or more thermoelectric converters into the thickness of a support substrate used to support one or more photovoltaic converters, the lower electrode of photovoltaic converters acting as the hot junction of thermoelectric converters.
  • thermoelectric converters we take advantage of the nature thermally insulating support substrate or photovoltaic converter (s), usually made of glass, and the support substrate is functionalized, which, in addition to serving as support for the photovoltaic converter (s), serves also to generate a heat gradient exploitable by the thermoelectric converter (s).
  • the support substrate may be an airgel layer of low thermal conductivity material (less than 0.2 W.m- 1, T- 1 ), for example a silica airgel.
  • a silica airgel for example a silica airgel.
  • the use of an airgel makes it possible to obtain a layer in which it is easier to engrave holes.
  • an additional support that is more rigid than the airgel layer, for example a glass substrate, beneath the metallization layer serving as a cold junction for the airgel.
  • thermoelectric converter (s) thermoelectric converter
  • thermoelectric (s) The advantage of the elementary device and the system according to the invention is that one can optimize their power. Indeed, since the photovoltaic current and the thermoelectric current are exploited simultaneously, it is necessary to optimize the internal resistors of the photovoltaic converter (s) and the converter (s). thermoelectric (s) to obtain maximum electrical power from both energy sources and an optimal conversion efficiency.
  • FIG. 5 shows that, in order for the current not to flow into the thermoelectric converter 5, it is necessary to have the
  • R * is known that the value of the resistance R sh depends on the characteristics of the junction of the photovoltaic converter, that is to say, materials constituting the n / p junction. If the materials n and p are obtained from doped silicon, the value of the resistance R sh can not be modulated if it is desired to obtain an optimal conversion yield.
  • thermoelectric converter or converters of the system can also operate in Peltier mode, that is to say use an electric current to produce a drop in temperature, thereby cooling the photovoltaic converter. and thus reduce the performance drop of the photovoltaic converter generated by heat. This cooling can also be used in the elementary device generating energy according to the invention.
  • the lower electrode is based on molybdenum and is coated with a functional layer consisting of a chalcopyrite absorber.
  • the chalcopyrite absorber may be preferably composed of ternary chalcopyrite compounds which generally contain copper, indium and selenium.
  • ternary chalcopyrite compounds which generally contain copper, indium and selenium.
  • To the gallium absorber layer eg Cu (In, Ga) Se2 or CuGaSe2
  • aluminum eg Cu (In, Al) Se 2
  • sulfur for example, CuIn (Se, S
  • All of these compounds are generally referred to hereinafter as "chalcopyrite absorber layers”.
  • the functional layer of chalcopyrite absorber is coated with a thin layer of cadmium sulphide (CdS) to create with the layer to chalcopyrite a n / p junction.
  • CdS cadmium sulphide
  • This thin layer of CdS is itself covered with a bonding layer generally formed of so-called intrinsic zinc oxide (ZnO: i).
  • the ZnO: i layer is covered with a conductive TCO layer ("Transparent Conductive Oxide").
  • a conductive TCO layer Transparent Conductive Oxide
  • doped tin oxide in particular fluorine or antimony
  • the precursors that can be used in the case of CVD deposition may be organometallic or tin halides associated with a fluorine precursor of the type hydrofluoric acid or trifluoroacetic acid
  • doped zinc oxide especially with aluminum
  • the precursors which can be used, in the case of CVD deposition may be organometallic or zinc and aluminum halides
  • doped indium oxide, in particular with tin the precursors that can be used in the case of CVD deposition can be organometallic or tin and indium halides).
  • This conductive layer must be as transparent as possible, and have a high transmission of light in all the wavelengths corresponding to the absorption spectrum of the material constituting the functional layer, so as not to reduce the efficiency of the module unnecessarily. solar.
  • the stack of thin layers is trapped between two substrates via a lamination interlayer for example PU, PVB or EVA.
  • the first substrate is distinguished from the second substrate by the fact that it is necessarily made of glass, based on alkalis (for reasons which have been explained in the preamble of the invention), such as a soda-lime-silica glass of way to conform a solar cell or photovoltaic.
  • the assembly is then encapsulated peripherally using a seal or sealing resin.
  • An example of composition of this resin and its methods of implementation is described in document [4] referenced at the end of this description.

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique comprenant un convertisseur photovoltaïque et un convertisseur thermoélectrique, le convertisseur photovoltaïque comprenant un empilement de couches reposant sur un substrat support (3) en matériau thermiquement isolant, l'empilement de couches comprenant une première couche conductrice, servant d'électrode supérieure (100), et une seconde couche conductrice, servant d'électrode inférieure (200), les électrodes supérieure et inférieure prenant en sandwich une couche de matériau photoactif, le convertisseur thermoélectrique comprenant une troisième couche conductrice servant de jonction chaude (200), une quatrième couche conductrice servant de jonction froide (300), les jonctions chaude et froide prenant en sandwich un élément (400) en matériau thermoélectrique et électriquement conducteur, caractérisé en ce que l'élément (400) thermoélectrique et électriquement conducteur est inclus dans l'épaisseur du substrat support (3) de manière à ce qu'une extrémité dudit élément soit en contact avec la jonction chaude (200) et l'autre extrémité dudit élément soit en contact avec la jonction froide (300).

Description

DISPOSITIF GENERATEUR D'ENERGIE COMPRENANT UN
CONVERTISSEUR PHOTOVOLTAIQUE ET UN CONVERTISSEUR
THERMOELECTRIQUE, CE DERNIER ETANT INCLUS AU SEIN DU
SUBSTRAT SUPPORT DU CONVERTISSEUR PHOTOVOLTAIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention a trait au domaine des systèmes de récupération et de conversion d'énergie. En particulier, elle concerne un dispositif capable de coupler un convertisseur photovoltaïque avec un convertisseur thermoélectrique pour produire de l'énergie électrique.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les convertisseurs photovoltaïques, également appelées cellules solaires, sont utilisés pour convertir de l'énergie lumineuse en énergie électrique. Ils consistent essentiellement en un substrat support, réalisé en matériau électriquement isolant et thermiquement isolant, sur lequel repose un empilement de couches constitué d'une jonction n/p comportant deux couches semi-conductrices (l'une de type n et l'autre de type p) et de deux couches électriquement conductrices situées de part et d'autre de la jonction n/p, une des faces de la jonction n/p étant destinée à être soumise à des radiations lumineuses .
Le problème des convertisseurs photovoltaïques est que leur puissance en sortie décroît de manière significative lorsque la température augmente. Par exemple, pour des convertisseurs photovoltaïques en silicium cristallin, la perte de puissance en sortie est d'environ 0,4 à 0,5% pour chaque degré Celsius ajouté (voir le document [1] référencé à la fin de cette description) .
Une solution utilisée pour atténuer cette diminution de la puissance consiste à coupler le convertisseur photovoltaïque avec un convertisseur thermoélectrique. En effet, un convertisseur thermoélectrique permet de transformer de la chaleur en énergie électrique en exploitant la différence de température existant entre deux extrémités d'un matériau thermoélectrique.
Dans l'art antérieur, deux types de couplage entre un convertisseur photovoltaïque et un convertisseur thermoélectrique sont connus.
Tout d'abord, selon le document [2] référencé à la fin de cette description, un convertisseur thermoélectrique et un convertisseur photovoltaïque peuvent être couplés en plaçant le convertisseur thermoélectrique 2 sous le convertisseur photovoltaïque 1, le convertisseur photovoltaïque étant orienté de manière à faire face aux radiations lumineuses . Comme illustré dans la figure 1, on obtient ainsi un dispositif comprenant un substrat support 3 sur lequel repose, sur une face, un convertisseur photovoltaïque 2, comprenant un empilement d'une couche de matériau semi-conducteur dopé n 12 et une couche de matériau semi-conducteur dopé p 13 (formant une jonction n/p 14) pris en sandwich entre une couche électriquement conductrice (électrode supérieure 10) et une autre couche électriquement conductrice (électrode inférieure 11), et, sur la face opposée, un convertisseur thermoélectrique 2, comprenant une couche de matériau thermoélectrique 24 prise en sandwich entre une couche électriquement conductrice 20 et une autre couche électriquement conductrice 21 (l'effet thermoélectrique est symbolisé sur la figure 1 par le symbole ΔT) . Le problème de cette configuration particulière est qu'elle ne permet pas d'exploiter le gradient thermique maximal produit dans le convertisseur photovoltaïque, à savoir le gradient thermique généré par le substrat support du convertisseur photovoltaïque du fait de ses propriétés thermiquement isolantes.
De plus, le couplage thermique entre le convertisseur photovoltaïque et le convertisseur thermoélectrique, par le biais du substrat support, est relativement mauvais à cause des propriétés thermiquement isolantes du substrat support. Ainsi, l'écart de température chaud-froid dans le convertisseur thermoélectrique est d'autant plus faible et peu rentable en termes de production d'énergie électrique.
L'autre type de couplage connu est décrit dans le document [3] , référencé à la fin de cette description. Deux électrodes réalisées dans des matériaux thermoélectriques et électriquement conducteurs sont disposées, pour l'une, sur la face du convertisseur photovoltaïque faisant face aux radiations lumineuses et, pour l'autre, enterrée sous le convertisseur photovoltaïque .
Ce type de couplage est schématisé dans la figure 2. Sur un substrat support 3, on place un empilement de couches comprenant une couche de matériau semi-conducteur de type n 120 et une couche de matériau semi-conducteur de type p 130 (formant une jonction n/p 140), l'empilement étant pris en sandwich entre une couche en matériau électriquement conducteur et thermoélectrique (formant à la fois l'électrode supérieur 30 du convertisseur photovoltaïque et la jonction chaude 30 du convertisseur thermoélectrique) et une couche en matériau électriquement conducteur et thermoélectrique (formant à la fois l'électrode inférieur 31 du convertisseur photovoltaïque et la jonction froide 31 du convertisseur thermoélectrique) .
Avec ce type de couplage, on exploite la différence de température existant au travers de l'épaisseur de la jonction n/p du convertisseur photovoltaïque, à savoir entre la face avant du convertisseur photovoltaïque et sa partie enterrée. Une différence de température peut apparaître lorsque la jonction n/p du convertisseur photovoltaïque est soumise à des radiations lumineuses, par exemple au rayonnement solaire.
En déposant des matériaux thermoélectriques sur les faces opposées du convertisseur photovoltaïque (face avant et face enterrée en contact avec le substrat support du convertisseur photovoltaïque) , on peut donc exploiter cette différence de température par conversion thermoélectrique. De manière générale, sachant que la puissance électrique récupérée par un convertisseur thermoélectrique est d' autant plus importante que la différence de température est grande, on constate que cette deuxième configuration n'est intéressante que si la résistance thermique des matériaux formant la jonction n/p du convertisseur photovoltaïque est grande. Par conséquent, on en déduit que ce type de couplage est limité aux convertisseurs photovoltaïques réalisés dans des matériaux à faible conductivité thermique, comme par exemple dans un matériau photovoltaïque de type GaN, afin que les radiations lumineuses puissent échauffer la partie supérieure du convertisseur photovoltaïque et que la partie inférieure reste « froide ».
Ce type de couplage n'est donc pas envisageable avec des convertisseurs photovoltaïques réalisés à base de silicium, dans lesquels la résistance thermique est très faible, car la différence de température, et donc par conséquent l'énergie électrique récupérée par effet thermoélectrique, serait négligeable. Or les convertisseurs photovoltaïques à base de silicium sont les convertisseurs photovoltaïques les plus courants. Par ailleurs, dans le cas particulier des convertisseurs photovoltaïques en couches minces, ce type de couplage ne fonctionne pas du tout car le gradient thermique du convertisseur photovoltaïque reste nul. Sachant que la puissance thermique générée par l'absorption de la lumière, c'est à dire 80 % de la puissance lumineuse, n'est pas exploitée par un simple convertisseur photovoltaïque et que les solutions connues pour remédier à ce problème ne sont pas satisfaisantes, les inventeurs se sont fixés comme but de récupérer une partie de cette énergie thermique en couplant de manière originale un convertisseur photovoltaïque avec un convertisseur thermoélectrique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Ce but est atteint par un dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique comprenant un convertisseur photovoltaïque et un convertisseur thermoélectrique, le convertisseur photovoltaïque comprenant un empilement de couches reposant sur un substrat support en matériau thermiquement isolant, l'empilement de couches comprenant une première couche électriquement conductrice, servant d'électrode supérieure, et une seconde couche électriquement conductrice, servant d'électrode inférieure, les électrodes supérieure et inférieure prenant en sandwich une couche de matériau photoactif, le convertisseur thermoélectrique comprenant une troisième couche électriquement conductrice servant de jonction chaude, une quatrième couche électriquement conductrice servant de jonction froide, les jonctions chaude et froide prenant en sandwich un élément en matériau thermoélectrique et électriquement conducteur, caractérisé en ce que l'élément thermoélectrique et électriquement conducteur est inclus dans l'épaisseur du substrat support en matériau thermiquement isolant du convertisseur photovoltaïque de manière à ce qu'une extrémité dudit élément soit en contact avec la jonction chaude et l'autre extrémité dudit élément soit en contact avec la jonction froide. Ici, selon l'invention, un convertisseur photovoltaïque est couplé avec un convertisseur thermoélectrique de telle manière à pouvoir exploiter le gradient thermique généré par le substrat support en matériau électriquement isolant, généralement en verre, du convertisseur photovoltaïque
Avantageusement, la première couche électriquement conductrice est transparente aux rayonnements incidents.
Avantageusement, la jonction chaude et l'électrode inférieure sont une seule et même couche électriquement conductrice.
Avantageusement, l'élément thermoélectrique et électriquement conducteur est inclus dans la totalité de l'épaisseur du substrat support. Selon un mode de réalisation, le substrat support est un substrat en verre, c'est-à-dire en silice .
Selon un autre mode de réalisation, le substrat support est un substrat en aérogel. Avantageusement, le substrat support est un substrat en aérogel de silice.
On rappelle qu'un aérogel est un matériau semblable à un gel dans lequel le composant liquide est remplacé par du gaz. Un aérogel est un solide à très faible densité et qui possède de grandes propriétés d'isolation thermique (conductivité thermique inférieure à 0,2 W. m"1. K"1) .
Avantageusement, la couche de matériau photoactif du convertisseur photovoltaïque comprend une couche de premier matériau semi-conducteur de type n et une couche de second matériau semi-conducteur de type
P-
L'élément thermoélectrique et électriquement conducteur peut être un matériau métallique ou semi-conducteur
Avantageusement, l'élément thermoélectrique et électriquement conducteur comprend un premier matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type n et un second matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type p.
Avantageusement, l'élément thermoélectrique et électriquement conducteur comprend un premier matériau thermoélectrique et semi-conducteur de type n et un second matériau thermoélectrique et semi- conducteur de type p.
L' invention concerne également un système générateur d'énergie électrique. Ce système comprend i convertisseurs photovoltaïques et i convertisseurs thermoélectriques, i étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, lesdits i convertisseurs photovoltaïques et lesdits i convertisseurs thermoélectriques étant respectivement reliés électriquement en série, chaque convertisseur photovoltaïque comprenant un empilement de couches reposant sur un substrat support en matériau thermiquement isolant, l'empilement de couches comprenant une première couche électriquement conductrice, servant d'électrode supérieure, et une seconde couche électriquement conductrice, servant d'électrode inférieure, les électrodes supérieure et inférieure prenant en sandwich une couche de matériau photoactif, chaque convertisseur thermoélectrique comprenant une troisième couche électriquement conductrice servant de jonction chaude, une quatrième couche électriquement conductrice servant de jonction froide, les jonctions chaude et froide prenant en sandwich un élément en matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type n et un élément en matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type p, les éléments de type n et de type p étant espacés l'un de l'autre, caractérisé en ce que l'élément de type n et l'élément de type p de chaque convertisseur thermoélectrique est inclus dans l'épaisseur du substrat support de chaque convertisseur photovoltaïque en matériau thermiquement isolant de manière à ce qu'une extrémité de l'élément de type n et une extrémité de l'élément de type p soient en contact avec une même jonction chaude et que l'autre extrémité de l'élément de type n et l'autre extrémité de l'élément de type p soient en contact avec des jonctions froides appartenant à des convertisseurs thermoélectriques adj acents .
Avantageusement, les substrats supports des convertisseurs photovoltaïques sont un seul et même substrat support pour l'ensemble des convertisseurs photovoltaïques
Avantageusement, chaque jonction chaude et chaque électrode inférieure sont une seule et même couche électriquement conductrice.
Avantageusement, les matériaux thermoélectriques de type n et de type p sont des matériaux semi-conducteurs de type n et de type p.
Selon un mode de réalisation, les substrats supports sont des substrats en verre, c'est-à-dire en silice .
Selon un autre mode de réalisation, les substrats supports sont des substrats en aérogel. Avantageusement, les substrats supports sont des substrats en aérogel de silice.
L' invention concerne un procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie tel que décrit ci-dessus. Ce procédé comprend les étapes suivantes : a) fourniture d'un substrat support en matériau thermiquement isolant et électriquement isolant, b) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur une des faces du substrat support, c) gravure d'un trou dans l'épaisseur du substrat support en partant de la face opposée à celle comprenant la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) , jusqu'à atteindre ladite couche électriquement conductrice, d) remplissage dudit trou avec un composé thermoélectrique et électriquement conducteur et frittage dudit composé, e) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face du substrat support opposée à celle comprenant la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) , f) dépôt d'une couche de matériau photoactif sur l'une des couches électriquement conductrices, g) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la couche de matériau photoactif, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape g) formant l'électrode supérieure du convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice sur laquelle est déposée la couche de matériau photoactif à l'étape f) formant à la fois l'électrode inférieure du convertisseur photovoltaïque et la jonction chaude du convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice restante formant la jonction froide du convertisseur thermoélectrique .
On précise que le frittage du composé thermoélectrique et électriquement conducteur se fait à une température et à une pression qui dépend du matériau choisi, cette température et cette pression pouvant facilement être déterminés par l'homme du métier . Selon un mode de réalisation, l'étape f) est réalisée après l'étape b) et avant l'étape c) . Selon un autre mode de réalisation, les étapes f) et g) sont réalisées après l'étape b) et avant l'étape c) .
Avantageusement, le procédé comprend en outre, après l'étape b) et avant l'étape f) , une étape m) de dépôt d'une couche électriquement conductrice sur une couche électriquement conductrice déjà déposée, l'étape f) étant remplacée par une étape f' ) de dépôt d'une couche de matériau photoactif sur la face du substrat support comportant deux couches électriquement conductrices, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape g) formant l'électrode supérieure du convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape m) formant l'électrode inférieure du convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice présente entre le substrat support et la couche électriquement conductrice déposée à l'étape m) formant la jonction chaude du convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice restante formant la jonction froide du convertisseur thermoélectrique . Avantageusement, la couche électriquement conductrice formant l'électrode supérieure est en matériau transparent aux radiations lumineuses.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend en outre une étape h) de structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape g) pour obtenir une couche électriquement conductrice ajourée. Cette structuration peut être une gravure destinée à donner à la couche électriquement conductrice la forme d'une grille.
Avantageusement, le substrat support est un substrat en verre ou en aérogel, de préférence en aérogel de silice.
L' invention concerne également un procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie tel que décrit ci-dessus. Ce procédé comprend les étapes suivantes : a) fourniture d'un substrat support en matériau thermiquement isolant et électriquement isolant, b) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face avant du substrat support, c) structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) pour former i pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, i étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, d) gravure de 2i trous dans l'épaisseur du substrat support en partant de la face arrière dudit substrat support jusqu'à atteindre les pistes conductrices de la face avant du substrat support, de manière à obtenir un couple de deux trous par piste conductrice, e) formation de 2i éléments en matériaux thermoélectriques et électriquement conducteurs au niveau des 2i trous, un des éléments de chaque couple de deux trous étant en un composé thermoélectrique de type n et l'autre élément de chaque couple de deux trous étant en un composé thermoélectrique de type p, f) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face arrière du substrat support, g) structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f) pour former j pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, avec j=i+l, les i pistes conductrices de la face avant et les j pistes conductrices de la face arrière étant disposées de manière à relier en série les éléments de type n et les éléments de type p, chaque élément d'un type étant relié à deux éléments de l'autre type respectivement par une piste i et par une piste j, h) dépôt d'une couche en matériau photoactif sur une des faces du substrat support comprenant une couche électriquement conductrice structurée, i) structuration de cette couche en matériau photoactif pour former des blocs reliant deux pistes conductrices obtenues à l'étape g) adjacentes, j) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face du substrat support comprenant la couche en matériau photoactif, k) structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape j) pour former des pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres et reliant deux blocs adjacents, la couche électriquement conductrice structurée à l'étape k) formant l'électrode supérieure de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice structurée située entre la couche de matériau photoactif structurée et le substrat support formant à la fois l'électrode inférieure de chaque convertisseur photovoltaïque et la jonction chaude de chaque convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice structurée restante formant la jonction froide de chaque convertisseur thermoélectrique. Selon un mode de réalisation, les étapes h) et i) sont réalisées après l'étape c) et avant l'étape d) .
Selon un autre mode de réalisation, les étapes h), i) , j) et k) sont réalisées après l'étape c) et avant l'étape d) .
Selon une variante, le procédé comprend en outre, après l'étape b) et avant l'étape c) , une étape b' ) de dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) , l'étape c) se transformant en une étape c' ) de structuration des couches électriquement conductrices déposées aux étapes b) et b' ) pour former i pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, i étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, et l'étape h) se transformant en étape h') de dépôt d'une couche en matériau photoactif sur la face avant du substrat support, la couche électriquement conductrice structurée à l'étape k) formant l'électrode supérieure de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b' ) et structurée à l'étape c' ) formant l'électrode inférieure de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) et structurée à l'étape c' ) formant la jonction chaude de chaque convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice structurée restante formant la jonction froide de chaque convertisseur thermoélectrique.
Selon une autre variante, le procédé comprend en outre, après l'étape f) et avant l'étape g), une étape f' ) de dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f) , l'étape g) se transformant en une étape g' ) de structuration des couches électriquement conductrices déposées aux étapes f) et f' ) pour former j pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, avec j=i+l, les i pistes conductrices de la face avant et les j pistes conductrices de la face arrière étant disposées de manière à relier en série les éléments de type n et les éléments de type p, chaque élément d'un type étant relié à deux éléments de l'autre type respectivement par une piste i et par une piste j, la couche électriquement conductrice structurée à l'étape k) formant l'électrode supérieure de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f' ) et structurée à l'étape g') formant l'électrode inférieure de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f) et structurée à l'étape g') formant la jonction chaude de chaque convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice structurée restante formant la jonction froide de chaque convertisseur thermoélectrique. Avantageusement, l'étape e) de formation des 2i éléments comprend les étapes suivantes :
- remplissage des 2i trous, un des trous de chaque couple de deux trous étant rempli avec un composé thermoélectrique de type n et l'autre trou de chaque couple de deux trous étant rempli avec un composé thermoélectrique de type p,
- frittage des composés. Avantageusement, les matériaux thermoélectriques sont sous forme de poudre ou sous forme de pâtes obtenues par mélange de poudres et d'un liant .
Avantageusement, à l'étape h), la couche en matériau photoactif comprend une couche en matériau semi-conducteur de type n et une couche en matériau semi-conducteur de type p.
Enfin, l'invention concerne, d'une part, l'utilisation du convertisseur thermoélectrique du dispositif élémentaire générateur d'énergie tel que décrit ci-dessus pour refroidir le convertisseur photovoltaïque dudit dispositif élémentaire, et d'autre part, l'utilisation des convertisseurs thermoélectriques du système générateur d'énergie tel que décrit ci-dessus pour refroidir les convertisseurs photovoltaïques dudit système.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1, déjà décrite ci-dessus, représente un type de couplage entre un convertisseur photovoltaïque et un convertisseur thermoélectrique selon l'art antérieur, - la figure 2, déjà décrite ci-dessus, représente un autre type de couplage entre un convertisseur photovoltaïque et un convertisseur thermoélectrique connu de l'art antérieur,
- la figure 3 représente le dispositif élémentaire générateur d'énergie selon l'invention,
- la figure 4 représente le système générateur d'énergie selon l'invention,
- la figure 5 représente le schéma électrique équivalent au système représenté dans la figure 4,
- les figures 6A à 6D illustrent les étapes du procédé de réalisation du dispositif élémentaire générateur d'énergie selon l'invention,
- les figures 7A à 7F illustrent les étapes du procédé de réalisation du système générateur d'énergie selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Nous allons à présent décrire la réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon l'invention, comme représenté par exemple dans la figure 3.
Selon un premier mode de réalisation, on dépose une couche électriquement conductrice sur la face supérieure d'un substrat support 3 en matériau électriquement isolant et thermiquement isolant. On peut par exemple déposer une couche de molybdène sur un substrat en verre (figure 6A) . Dans ce mode de réalisation, une même couche électriquement conductrice va servir à la fois d'électrode inférieure 200 du convertisseur photovoltaïque et de jonction chaude 200 du convertisseur thermoélectrique. On peut toutefois choisir de déposer deux couches électriquement conductrices l'une sur l'autre, l'une servant d'électrode inférieure du convertisseur photovoltaïque et l'autre servant de jonction chaude du convertisseur thermoélectrique.
On réalise ensuite un trou traversant dans l'épaisseur du substrat support 3 en partant de la face inférieure du substrat support jusqu'à atteindre la couche électriquement conductrice présente sur sa face supérieure, par exemple par gravure chimique (lithogravure) (figure 6B) .
Le trou est ensuite rempli à l'aide d'un matériau thermoélectrique et électriquement conducteur. Il est préférable d'utiliser un matériau sous forme de poudre, ou de pâte obtenue par mélange de poudre (s) et d'un liant, afin de combler convenablement le trou. Le matériau sous forme de poudre ou de pâte est ensuite fritte de manière à obtenir une bonne cohésion du matériau thermoélectrique au sein du trou et également d'assurer un bon contact ohmique entre le matériau thermoélectrique et la couche électriquement conductrice. On obtient alors un élément thermoélectrique 400, qui a ici la forme d'un barreau (selon la forme du trou) (figure 6C) .
Par exemple, le frittage peut être réalisé à une température de 4100C et à une pression de 2 tonnes/cm2.
On procède ensuite à la métallisation de la face arrière du substrat support. On forme ainsi ce qui constituera la jonction froide 300 du convertisseur thermoélectrique (figure 6C) .
Puis, on dépose sur la face supérieure du substrat support 3, c'est-à-dire ici sur la couche de molybdène, une couche de matériau semi-conducteur de type p 103, suivie par le dépôt d'une couche de matériau semi-conducteur de type n 102 afin d'obtenir une jonction n/p. Les matériaux en question peuvent être respectivement du silicium dopé p et du silicium dopé n .
Enfin, on dépose sur cette jonction n/p une couche électriquement conductrice, par exemple une couche métallique en Ni-Cu, pour réaliser l'électrode supérieure 100 du convertisseur photovoltaïque (figure 6D) . Cette couche métallique est gravée de manière à former une grille afin que la couche sous-jacente puisse recevoir les radiations lumineuses. Afin d'améliorer la collection des porteurs de charges, la couche métallique gravée peut être associée à une couche transparente et électriquement conductrice (par exemple en TCO) déposée directement sur la jonction.
Selon un autre mode de réalisation, on peut réaliser deux trous traversants dans l'épaisseur du substrat support. Dans ce cas, on remplit les deux trous respectivement avec un matériau thermoélectrique de type n et un matériau thermoélectrique de type p ; on peut par exemple remplir l'un des trous avec un matériau semi-conducteur de type p et l'autre trou avec un matériau semi-conducteur de type n sous forme de poudre et on effectue le frittage du matériau. On obtient alors un barreau de type n et un barreau de type p.
On procède alors comme expliqué ci-dessus en déposant une couche électriquement conductrice sur la face arrière du substrat support selon un motif conçu pour que l'extrémité du barreau semi-conducteur de type p et l'extrémité du barreau semi-conducteur de type n ne soient pas électriquement en contact par l'intermédiaire de cette couche de métallisation . La métallisation peut par exemple être obtenue par sérigraphie ou par photolithographie d'une couche électriquement conductrice.
Les autres étapes non décrites sont identiques à celles du premier mode de réalisation.
Nous allons à présent décrire la réalisation d'un système générateur d'énergie comprenant plusieurs convertisseurs photovoltaïques et plusieurs convertisseurs thermoélectriques reliés en série, comme représenté par exemple dans la figure 4. Le schéma électrique équivalent d'un tel système générateur d'énergie est représenté dans la figure 5. Sur la face avant d'un substrat support 3 en matériau électriquement et thermiquement isolant, par exemple un substrat en verre, on dépose une couche électriquement conductrice et on la grave selon un motif de manière à obtenir des pistes électriquement conductrices (on forme ainsi les électrodes inférieures
200 des convertisseurs photovoltaïques et les jonctions chaudes 200 des convertisseurs thermoélectriques)
(figure 7A) . La couche électriquement conductrice peut par exemple être une couche en molybdène. Puis, on grave la face arrière du substrat
3 de verre de manière à obtenir des couples de deux trous, chaque couple de deux trous débouchant sur une piste conductrice située sur la face avant du substrat support (figure 7B) . On remplit ensuite les trous avec de la poudre ou de la pâte de matériaux thermoélectriques et électriquement conducteurs de type n et p, par exemple des matériaux semi-conducteurs, de sorte à obtenir après frittage, un barreau en matériau de type n 401 et un barreau en matériau de type p 402 pour chaque piste conductrice. Le frittage permet d'obtenir une cohésion des matériaux au sein des trous et d'assurer un bon contact ohmique entre les barreaux et leurs pistes conductrices respectives (figure 7D) . La face arrière du substrat support est ensuite métallisée selon un motif destiné à réaliser une connexion électrique entre des barreaux adjacents mais appartenant à des couples différents, l'un de type p et l'autre de type n (figure 7D) . On obtient ainsi des convertisseurs thermoélectriques connectés en série.
Pour réaliser les convertisseurs photovoltaïques du dispositif, on dépose une couche de premier matériau semi-conducteur 103 sur la face avant du substrat support, ainsi qu'une couche de second matériau semi-conducteur 102. Il peut s'agir d'un matériau semi-conducteur de type n et un matériau semiconducteur de type p, ou vice et versa, par exemple une couche en silicium dopé n et un couche en silicium dopé p. Ces deux couches sont ensuite gravées dans toute leur épaisseur selon un motif, par exemple des bandes, de manière à relier deux pistes conductrices adjacentes (figure 7E) . On précise que dans les exemples illustrés, les convertisseurs photovoltaïques comportent toujours une jonction n/p (c'est-à-dire deux couches, une couche semi-conductrice de type n et une de type p) , mais il est bien évident que la jonction n/p peut être remplacée par une unique couche de matériau photoactif.
Enfin, on dépose une couche électriquement conductrice sur la face avant du substrat support et on la structure, par exemple par gravure, afin qu'elle recouvre au moins en partie deux jonctions n/p adjacentes, de manière à relier électriquement les jonctions n/p adjacentes (figure 7F) . Dans le système ainsi réalisé, on exploite les interconnexions en série des convertisseurs photovoltaïques et de l'isolation électrique de leur électrode inférieure par le biais du substrat support pour réaliser une connexion en série des convertisseurs thermoélectriques. En effet, contrairement aux dispositifs connus dans l'art antérieur, l'électrode inférieure des convertisseurs photovoltaïques sert à connecter électriquement en série les convertisseurs photovoltaïques, mais sert également de jonction chaude pour les convertisseurs thermoélectriques, en l'occurrence l'électrode inférieure sert de connexion entre les barreaux n et p d'un même convertisseur thermoélectrique .
Dans le cas particulier d'un système de génération d'énergie selon l'invention comportant plusieurs convertisseurs photovoltaïques et plusieurs convertisseurs thermoélectriques, il est particulièrement important de respecter une configuration particulière pour le placement des couches et leur gravure selon un motif, afin qu'il n'y ait pas de court-circuit électrique à l'intérieur dudit système générateur d'énergie.
Dans les deux modes de réalisation présentés ci-dessus, le dispositif et le système obtenus résultent de l'intégration d'un ou de plusieurs convertisseurs thermoélectriques dans l'épaisseur d'un substrat support servant à supporter un ou plusieurs convertisseurs photovoltaïques, l'électrode inférieure des convertisseurs photovoltaïques jouant le rôle de la jonction chaude des convertisseurs thermoélectriques. Selon l'invention, on tire profit de la nature thermiquement isolante du substrat support du ou des convertisseur (s) photovoltaïque (s) , généralement réalisé en verre, et on fonctionnalise le substrat support, qui, outre de servir de support pour le ou les convertisseur (s) photovoltaïque (s) , sert également à générer un gradient thermique exploitable par le ou les convertisseur (s) thermoélectrique (s) .
Selon un mode de réalisation particulier, le substrat support peut être une couche d' aérogel en matériau à conductivité thermique faible (inférieure à 0,2 W. m"1. T"1), par exemple un aérogel de silice. L'utilisation d'un aérogel permet d'obtenir une couche dans laquelle il est plus aisé de graver des trous. Dans ce cas, afin de renforcer la fonction de support du substrat support en aérogel, on peut éventuellement placer un support supplémentaire plus rigide que la couche d' aérogel, par exemple un substrat en verre, sous la couche de métallisation servant de jonction froide au (x) convertisseur (s) thermoélectrique (s) . Ce support supplémentaire peut être placé à la fin du procédé de réalisation du dispositif sous la couche de métallisation servant de jonction froide. Il peut également être placé au début du procédé de réalisation à condition d'inverser l'ordre des étapes du procédé décrit ci-dessus, c'est-à-dire former la jonction froide sur le support, y déposer le substrat support en aérogel et y former des trous dans son épaisseur, former des barreaux de type p et n dans les trous, former les jonctions chaudes, former les jonctions n/p et les électrodes supérieures des convertisseurs photovoltaïques En tous les cas, selon l'invention, quelle que soit la rigidité du substrat support choisi, il est important de choisir un matériau ayant une conductivité thermique très faible et qui soit électriquement isolant, en sachant que plus le matériau aura une bonne isolation thermique, et plus il sera possible d'optimiser les performances de la partie convertisseur thermoélectrique du dispositif. Il est donc possible d'adapter le rendement d'exploitation de la chaleur générée par le ou les convertisseur (s) photovoltaïque (s) du dispositif en fonction du matériau choisi pour constituer le substrat support.
L'avantage du dispositif élémentaire et du système selon l'invention est qu'on peut optimiser leur puissance. En effet, étant donné qu'on exploite simultanément le courant photovoltaïque et le courant thermoélectrique, il est nécessaire d'effectuer une optimisation des résistances internes du (des) convertisseur (s) photovoltaïque (s) et du (des) convertisseur (s) thermoélectrique (s) pour obtenir un maximum de puissance électrique des deux sources d'énergie et un rendement de conversion optimal.
Comme schématisé dans la figure 5, le fonctionnement d'un convertisseur photovoltaïque 4 peut être assimilé au fonctionnement d'une diode et d'une résistance en série (R3) et en parallèle (RSh) , tandis que le fonctionnement d'un convertisseur thermoélectrique 5 peut être assimilé à une résistance Rth où Rth = Rth(n) + Rth(p), Rth(n) étant la résistance du barreau de type n et Rth(p) la résistance du barreau de type n.
Grâce à la figure 5, on constate que pour que le courant ne débite pas dans le convertisseur thermoélectrique 5, il est nécessaire d'avoir la
condition —— < 1.
Ainsi, la disposition optimale du système selon l'invention est obtenue lorsque
R* On sait que la valeur de la résistance Rsh dépend des caractéristiques de la jonction du convertisseur photovoltaïque, c'est-à-dire des matériaux constituant cette jonction n/p. Si les matériaux n et p sont obtenus à partir de silicium dopé, la valeur de la résistance Rsh n'est pas modulable si l'on désire obtenir un rendement de conversion optimale .
On sait que la valeur de la résistance Rth quant à elle dépend des propriétés électriques des matériaux constituants le convertisseur thermoélectrique. Il est donc possible de moduler la valeur de Rth en modifiant la composition des matériaux thermoélectriques. On peut également modifier la valeur de Rth en choisissant une géométrie particulière adaptée pour réaliser la jonction chaude du convertisseur thermoélectrique connectant les barreaux n et p, afin de remplir la condition nécessaire au bon fonctionnement du dispositif. Un autre avantage du système selon l'invention est que le ou les convertisseurs thermoélectriques du système peuvent également fonctionner en mode Peltier, c'est-à-dire utiliser un courant électrique pour produire une baisse de température, permettant ainsi de refroidir le convertisseur photovoltaïque et de réduire ainsi la chute de performance du convertisseur photovoltaïque générée par la chaleur. Ce refroidissement peut également être utilisé dans le dispositif élémentaire générateur d'énergie selon l'invention.
Nous allons à présent décrire un exemple de réalisation d'un module photovoltaïque de type chalcopyrite .
L'électrode inférieure est à base de molybdène et est revêtue d'une couche fonctionnelle constituée d'un agent absorbeur à chalcopyrite.
L'agent absorbeur à chalcopyrite peut être préférentiellement constitué de composés ternaires chalcopyrites qui contiennent généralement du cuivre, de l'indium et du sélénium. On peut aussi ajouter à la couche d'agent absorbeur du gallium (par exemple, Cu(In,Ga)Se2 ou CuGaSe2) , de l'aluminium (par exemple, Cu (In, Al) Se2) , ou du soufre (par exemple, CuIn (Se, S) . Tous ces composés sont désignés de manière générale ci- après par le terme de couches d' agent absorbeur à chalcopyrite .
La couche fonctionnelle d'agent absorbeur à chalcopyrite est revêtue d'une fine couche en sulfure de cadmium (CdS) permettant de créer avec la couche à chalcopyrite une jonction n/p. En effet, comme l'agent absorbeur à chalcopyrite est généralement dopé n et que la couche en CdS est dopée p, cela permet de créer la jonction n/p nécessaire à l'établissement d'un courant électrique.
Cette fine couche de CdS est elle-même recouverte d'une couche d'accrochage généralement formée d'oxyde de zinc dit intrinsèque (ZnO : i) .
Afin de former l'électrode supérieure, la couche de ZnO :i est recouverte d'une couche conductrice en TCO (« Transparent Conductive Oxide » en anglais) . Elle peut être choisie parmi les matériaux suivants : oxyde d' étain dopé, notamment en fluor ou à l'antimoine (les précurseurs utilisables en cas de dépôt par CVD peuvent être des organométalliques ou halogénures d' étain associés avec un précurseur de fluor du type acide fluorhydrique ou acide trifluoracétique) , l'oxyde de zinc dopé, notamment à l'aluminium (les précurseurs utilisables, en cas de dépôt par CVD, peuvent être des organo-métalliques ou halogénures de zinc et d'aluminium), ou encore l'oxyde d' indium dopé, notamment à l' étain (les précurseurs utilisables en cas de dépôt par CVD peuvent être des organo-métalliques ou halogénures d' étain et d' indium) . Cette couche conductrice doit être aussi transparente que possible, et présenter une transmission élevée de la lumière dans l'ensemble des longueurs d'onde correspondant au spectre d' absorption du matériau constituant la couche fonctionnelle, afin de ne pas réduire inutilement le rendement du module solaire. L'empilement de couches minces est emprisonné entre deux substrats par l'intermédiaire d'un intercalaire de feuilletage par exemple en PU, PVB ou EVA. Le premier substrat se distingue du second substrat par le fait qu'il est nécessairement en verre, à base d'alcalins (pour des raisons qui ont été explicitées dans le préambule de l'invention), comme un verre silico-sodo-calcique de manière à conformer une cellule solaire ou photovoltaïque . L'ensemble est ensuite encapsulé périphériquement à l'aide d'un joint ou d'une résine d' étanchéité . Un exemple de composition de cette résine et de ses modalités de mise en oeuvre est décrit dans le document [4] référencé à la fin de cette description.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique comprenant un convertisseur photovoltaïque et un convertisseur thermoélectrique, le convertisseur photovoltaïque comprenant un empilement de couches reposant sur un substrat support (3) en matériau thermiquement isolant, l'empilement de couches comprenant une première couche électriquement conductrice, servant d'électrode supérieure (100), et une seconde couche électriquement conductrice, servant d'électrode inférieure (200), les électrodes supérieure et inférieure prenant en sandwich une couche de matériau photoactif, le convertisseur thermoélectrique comprenant une troisième couche électriquement conductrice servant de jonction chaude (200), une quatrième couche électriquement conductrice servant de jonction froide (300), les jonctions chaude et froide prenant en sandwich un élément (400) en matériau thermoélectrique et électriquement conducteur, caractérisé en ce que l'élément (400) thermoélectrique et électriquement conducteur est inclus dans l'épaisseur du substrat support (3) en matériau thermiquement isolant du convertisseur photovoltaïque de manière à ce qu'une extrémité dudit élément soit en contact avec la jonction chaude (200) et l'autre extrémité dudit élément soit en contact avec la jonction froide (300) .
2. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel la première couche électriquement conductrice est transparente aux rayonnements incidents.
3. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel la jonction chaude (200) et l'électrode inférieure (200) sont une seule et même couche électriquement conductrice.
4. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1 ou 3, dans lequel l'élément (400) thermoélectrique et électriquement conducteur est inclus dans la totalité de l'épaisseur du substrat support (3) .
5. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel le substrat support (3) est un substrat en verre .
6. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel le substrat support (3) est un substrat en aérogel .
7. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 6, dans lequel le substrat support (3) est un substrat en aérogel de silice.
8. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel la couche de matériau photoactif comprend une couche de premier matériau semi-conducteur de type n (102) et une couche de second matériau semi-conducteur de type p (103) .
9. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1 ou 3, dans lequel l'élément (400) thermoélectrique et électriquement conducteur comprend un premier matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type n et un second matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type p.
10. Dispositif élémentaire générateur d'énergie électrique selon la revendication 1 ou 3, dans lequel l'élément (400) thermoélectrique et électriquement conducteur comprend un premier matériau thermoélectrique et semi-conducteur de type n et un second matériau thermoélectrique et semi-conducteur de type p.
11. Système générateur d'énergie électrique comprenant i convertisseurs photovoltaïques et i convertisseurs thermoélectriques, i étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, lesdits i convertisseurs photovoltaïques et lesdits i convertisseurs thermoélectriques étant respectivement reliés électriquement en série, chaque convertisseur photovoltaïque comprenant un empilement de couches reposant sur un substrat support (3) en matériau thermiquement isolant, l'empilement de couches comprenant une première couche électriquement conductrice, servant d'électrode supérieure (100), et une seconde couche électriquement conductrice, servant d'électrode inférieure (200), les électrodes supérieure et inférieure prenant en sandwich une couche de matériau photoactif, chaque convertisseur thermoélectrique comprenant une troisième couche électriquement conductrice servant de jonction chaude (200), une quatrième couche électriquement conductrice servant de jonction froide (300), les jonctions chaude et froide prenant en sandwich un élément en matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type n (401) et un élément en matériau thermoélectrique et électriquement conducteur de type p (402), les éléments de type n et de type p étant espacés l'un de l'autre, caractérisé en ce que l'élément de type n
(401) et l'élément de type p (402) de chaque convertisseur thermoélectrique est inclus dans l'épaisseur du substrat support (3) de chaque convertisseur photovoltaïque en matériau thermiquement isolant de manière à ce qu'une extrémité de l'élément de type n (401) et une extrémité de l'élément de type p
(402) soient en contact avec une même jonction chaude (200) et que l'autre extrémité de l'élément de type n (401) et l'autre extrémité de l'élément de type p (402) soient en contact avec des jonctions froides (300) appartenant à des convertisseurs thermoélectriques adj acents .
12. Système générateur d'énergie électrique selon la revendication 11, dans lequel les substrats supports des convertisseurs photovoltaïques sont un seul et même substrat support (3) pour l'ensemble des convertisseurs photovoltaïques
13. Système générateur d'énergie électrique selon la revendication 11, dans lequel chaque jonction chaude (200) et chaque électrode inférieure (200) sont une seule et même couche électriquement conductrice.
14. Système générateur d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel les matériaux thermoélectriques de type n (401) et de type p (402) sont des matériaux semi-conducteurs de type n et de type p.
15. Système générateur d'énergie électrique selon la revendication 11, dans lequel les substrats supports (3) sont des substrats en verre.
16. Système générateur d'énergie électrique selon la revendication 11, dans lequel les substrats supports (3) sont des substrats en aérogel.
17. Système générateur d'énergie électrique selon la revendication 16, dans lequel les substrats supports (3) sont des substrats en aérogel de silice.
18. Procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes : a) fourniture d'un substrat support (3) en matériau thermiquement isolant et électriquement isolant, b) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur une des faces du substrat support (3) , c) gravure d'un trou dans l'épaisseur du substrat support (3) en partant de la face opposée à celle comprenant la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) , jusqu'à atteindre ladite couche électriquement conductrice, d) remplissage dudit trou avec un composé thermoélectrique et électriquement conducteur et frittage dudit composé, e) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face du substrat support (3) opposée à celle comprenant la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) , f) dépôt d'une couche de matériau photoactif sur l'une des couches électriquement conductrices, g) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la couche de matériau photoactif, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape g) formant l'électrode supérieure
(100) du convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice sur laquelle est déposée la couche de matériau photoactif à l'étape f) formant à la fois l'électrode inférieure (200) du convertisseur photovoltaïque et la jonction chaude (200) du convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice restante formant la jonction froide (300) du convertisseur thermoélectrique.
19. Procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon la revendication 18, dans lequel l'étape f) est réalisée après l'étape b) et avant l'étape c) .
20. Procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon la revendication 18, dans lequel les étapes f) et g) sont réalisées après l'étape b) et avant l'étape c) .
21. Procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, comprenant en outre, après l'étape b) et avant l'étape f) , une étape m) de dépôt d'une couche électriquement conductrice sur une couche électriquement conductrice déjà déposée, l'étape f) étant remplacée par une étape f' ) de dépôt d'une couche de matériau photoactif sur la face du substrat support comportant deux couches électriquement conductrices, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape g) formant l'électrode supérieure (100) du convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape m) formant l'électrode inférieure du convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice présente entre le substrat support et la couche électriquement conductrice déposée à l'étape m) formant la jonction chaude du convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice restante formant la jonction froide (300) du convertisseur thermoélectrique.
22. Procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon la revendication 18 ou 21, dans lequel la couche électriquement conductrice formant l'électrode supérieure (100) est en matériau transparent aux radiations lumineuses.
23. Procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon la revendication 18, comprenant en outre une étape h) de structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape g) pour obtenir une couche électriquement conductrice ajourée.
24. Procédé de réalisation d'un dispositif élémentaire générateur d'énergie selon la revendication 18, dans lequel le substrat support (3) est un substrat en verre ou en aérogel, de préférence en aérogel de silice .
25. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, comprenant les étapes suivantes : a) fourniture d'un substrat support (3) en matériau thermiquement isolant et électriquement isolant, b) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face avant du substrat support, c) structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) pour former i pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, i étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, d) gravure de 2i trous dans l'épaisseur du substrat support en partant de la face arrière dudit substrat support jusqu'à atteindre les pistes conductrices de la face avant du substrat support, de manière à obtenir un couple de deux trous par piste conductrice, e) formation de 2i éléments en matériaux thermoélectriques et électriquement conducteurs (401 ; 402) au niveau des 2i trous, un des éléments de chaque couple de deux trous étant en un composé thermoélectrique de type n et l'autre élément de chaque couple de deux trous étant en un composé thermoélectrique de type p, f) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face arrière du substrat support, g) structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f) pour former j pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, avec j=i+l, les i pistes conductrices de la face avant et les j pistes conductrices de la face arrière étant disposées de manière à relier en série les éléments de type n et les éléments de type p, chaque élément d'un type étant relié à deux éléments de l'autre type respectivement par une piste i et par une piste j, h) dépôt d'une couche en matériau photoactif sur une des faces du substrat support comprenant une couche électriquement conductrice structurée, i) structuration de cette couche en matériau photoactif pour former des blocs reliant deux pistes conductrices obtenues à l'étape g) adjacentes, j) dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la face du substrat support comprenant la couche en matériau photoactif, k) structuration de la couche électriquement conductrice déposée à l'étape j) pour former des pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres et reliant deux blocs adjacents, la couche électriquement conductrice structurée à l'étape k) formant l'électrode supérieure (100) de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice structurée située entre la couche de matériau photoactif structurée et le substrat support formant à la fois l'électrode inférieure (200) de chaque convertisseur photovoltaïque et la jonction chaude
(200) de chaque convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice structurée restante formant la jonction froide (300) de chaque convertisseur thermoélectrique.
26. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon la revendication 25, dans lequel les étapes h) et i) sont réalisées après l'étape c) et avant l'étape d) .
27. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon la revendication 25, dans lequel les étapes h), i) , j) et k) sont réalisées après l'étape c) et avant l'étape d) .
28. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 25 à 27, comprenant en outre, après l'étape b) et avant l'étape c) , une étape b' ) de dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) , l'étape c) se transformant en une étape c' ) de structuration des couches électriquement conductrices déposées aux étapes b) et b' ) pour former i pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, i étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, et l'étape h) se transformant en étape h') de dépôt d'une couche en matériau photoactif sur la face avant du substrat support, la couche électriquement conductrice structurée à l'étape k) formant l'électrode supérieure (100) de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b' ) et structurée à l'étape c' ) formant l'électrode inférieure de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape b) et structurée à l'étape c' ) formant la jonction chaude de chaque convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice structurée restante formant la jonction froide (300) de chaque convertisseur thermoélectrique.
29. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 25 à 27, comprenant en outre, après l'étape f) et avant l'étape g), une étape f' ) de dépôt d'une couche électriquement conductrice sur la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f) , l'étape g) se transformant en une étape g') de structuration des couches électriquement conductrices déposées aux étapes f) et f' ) pour former j pistes conductrices électriquement isolées les unes des autres, avec j=i+l, les i pistes conductrices de la face avant et les j pistes conductrices de la face arrière étant disposées de manière à relier en série les éléments de type n et les éléments de type p, chaque élément d'un type étant relié à deux éléments de l'autre type respectivement par une piste i et par une piste j, la couche électriquement conductrice structurée à l'étape k) formant l'électrode supérieure (100) de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f' ) et structurée à l'étape g') formant l'électrode inférieure de chaque convertisseur photovoltaïque, la couche électriquement conductrice déposée à l'étape f) et structurée à l'étape g') formant la jonction chaude de chaque convertisseur thermoélectrique, la couche électriquement conductrice structurée restante formant la jonction froide (300) de chaque convertisseur thermoélectrique.
30. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon la revendication 25, dans lequel l'étape e) de formation des 2i éléments (401 ; 402) comprend les étapes suivantes : - remplissage des 2i trous, un des trous de chaque couple de deux trous étant rempli avec un composé thermoélectrique de type n et l'autre trou de chaque couple de deux trous étant rempli avec un composé thermoélectrique de type p, - frittage des composés.
31. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon la revendication 25, dans lequel les matériaux thermoélectriques sont sous forme de poudre ou sous forme de pâtes obtenues par mélange de poudres et d'un liant.
32. Procédé de réalisation d'un système générateur d'énergie selon la revendication 25, dans lequel la couche en matériau photoactif comprend une couche en matériau semi-conducteur de type n (102) et une couche en matériau semi-conducteur de type p (103) .
33. Utilisation du convertisseur thermoélectrique du dispositif élémentaire générateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour refroidir le convertisseur photovoltaïque dudit dispositif élémentaire.
34. Utilisation des convertisseurs thermoélectriques du système générateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 11 à 17 pour refroidir les convertisseurs photovoltaïques dudit système .
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