STRUCTURE COMPOSITE TRANSPARENTE INTEGRANT UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE
La présente invention est relative à la solidarisation d'une cellule photovoltaïque à une feuille de polymère injectable, en particulier transparent tel que polycarbonate.
L'injection du polycarbonate est effectuée à une température d'environ 305 0C. D'autre part une cellule photovoltaïque est par exemple constituée d'une face active fine de silicium solidarisée à une base métallique ou en matière plastique.
La cellule photovoltaïque est souple ou rigide. Lorsqu'elle est placée dans un moule d'injection de polycarbonate, on observe souvent un bombage de l'ensemble au cours du refroidissement de 305 0C par exemple, à la température ambiante.
Ce bombage est du à la dilatation thermique différentielle de la base et face active de la cellule photovoltaïque d'une part, de la matière injectée d'autre part, et à l'effet du retrait de cette dernière. Les inventeurs se sont donnés pour tâche d'obtenir des produits du type cité précédemment, en en garantissant le maintien de la géométrie plane ou bombée, donnée par le moule d'injection polycarbonate ou équivalent, après refroidissement, l'intégrité de la cellule photovoltaïque au refroidissement et en conditions de vie, et une bonne durabilité. A cet effet, l'invention a pour objet une structure composite comprenant une cellule photovoltaïque en adhésion avec un polymère injecté, dans laquelle la cellule photovoltaïque présente une face active en adhésion sur une base, caractérisée en ce que la cellule photovoltaïque est continue et sa face opposée au polymère injecté est mise en adhésion avec un polymère d'encapsulation de coefficient de dilatation thermique linéaire ne différant pas de plus de 65 % de celui du polymère injecté, de température de fusion minimale lui permettant de
résister à l'injection de celui-ci et favorisant l'adhésion avec le polymère injecté, ou en ce que la cellule photovoltaïque est ajourée.
La cellule photovoltaïque est dite continue lorsqu'elle présente une surface pleine, sans trou, sans discontinuité. Au contraire, une cellule photovoltaïque ajourée se réfère ici à une surface discontinue, à trou, telle qu'en grille, ou à un ensemble de plusieurs petites cellules non jointives.
En limitant ainsi la dilatation différentielle de la cellule photovoltaïque et du polymère injecté lors du refroidissement de celui-ci consécutif à l'injection, on garantit le maintien de la géométrie finale voulue de l'ensemble, qu'il s'agisse d'une géométrie plane, ou à bombage déterminé. En effet, le retrait du polymère injecté s'accompagne d'un retrait comparable
- du polymère d'encapsulation qui amortit, absorbe un éventuel retrait différentiel de la cellule photovoltaïque, ou - de la cellule photovoltaïque quand elle ajourée.
Dans ce dernier cas, un polymère d'encapsulation peut ne pas être employé, et la cellule simplement collée au polymère injecté, mais un tel emploi de polymère d'encapsulation pour une cellule ajourée - comme pour une cellule continue - ne sort pas du cadre de l'invention. Dans une réalisation particulière, la face de la cellule photovoltaïque orientée vers le polymère injecté est également mise en adhésion avec un polymère d'encapsulation tel que défini précédemment par ses caractéristiques de dilatation thermique et température de fusion minimale. Le polymère d'encapsulation est alors susceptible de constituer une enveloppe amortissante - de dilatation thermique différentielle - intégrale de la cellule photovoltaïque.
Les polymères d'encapsulation en adhésion avec les deux faces de la cellule peuvent alors être identiques ou différents, pourvu qu'ils satisfassent les critères définis ci-dessus.
Cette réalisation particulière est préconisée dans le cas d'une cellule photovoltaïque continue, notamment rigide, dont la mise en adhésion au polymère d'encapsulation de la seule face opposée au polymère injecté peut ne pas suffire
dans certains cas, à amortir le retrait différentiel de la cellule et éviter un écart par rapport à la forme finale voulue pour l'ensemble obtenu. La base de la cellule photovoltaïque peut
- être distincte du polymère d'encapsulation, ou au contraire - en constituer une partie au moins, la face active de la cellule étant alors déposée directement sur le polymère d'encapsulation. Un exemple d'une telle base est une feuille de polyimide d'épaisseur comprise entre 13 et 125, de préférence 20 et 30 μm.
Ledit polymère injecté (injectable) est transparent, ou opaque, peut consister en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou similaire. Cependant, il est de préférence un polycarbonate ou équivalent et en épaisseur comprise entre 2 et 10 mm, en particulier au plus égale à 7 mm.
La base de la cellule photovoltaïque peut être métallique ou équivalent, éventuellement ajourée et d'épaisseur comprise entre 25 et 500 μm, de préférence entre 75 et 250 μm, ou polymère tel que polyimide d'épaisseur comprise entre 13 et 125 μm. Des exemples en sont une base de cellule en acier
- souple de 25 à 200, de préférence 100 à 150 μm d'épaisseur, ou
- rigide de 100 - 500, de préférence 175 à 225 μm d'épaisseur.
La face active de la cellule photovoltaïque peut être constituée d'une feuille de Si amorphe d'épaisseur comprise entre 20 et 200 μm et associée par exemple à une base métallique souple ou polymère, ou d'une feuille de Si cristallin d'épaisseur comprise entre 100 et 300 μm et associée par exemple à une base métallique rigide, ou encore d'une couche mince de type CIGS (CuInGaSe) ou
CdTe associée à une base souple ou rigide polymère, métallique ... Le polymère d'encapsulation est de préférence constitué d'une feuille de polycarbonate, polyimide, poly(téréphtalate d'éthylène), polypropylène, polyéthylène, polyuréthane ou équivalent d'épaisseur comprise entre 13 μm et
2 mm, de préférence au plus égale à 500 μm, en adhésion sur une ou deux faces de la cellule photovoltaïque. De manière particulièrement préférée, l'épaisseur de cette feuille est au moins égale à 250 μm, sauf lorsqu'elle constitue la base de la cellule photovoltaïque, dont l'épaisseur est avantageusement au plus égale à
125 μm, notamment comprise entre 20 et 30 μm.
Selon d'autres caractéristiques préférées de la structure de l'invention :
- le polymère d'encapsulation déborde d'au moins 3 % des côtés de la cellule photovoltaïque ; ainsi dans le cas d'une cellule de Si cristallin de 125 x 125 mm ou 156 x 156 mm avec une tolérance de ± 0,5 mm, le débordement serait d'au moins 4,5 mm ;
- le polymère injecté ou le polymère d'encapsulation est teinté, à condition d'être positionné derrière la cellule photovoltaïque par rapport au soleil ; cette mesure permet de filtrer le rayonnement solaire à l'intérieur d'un véhicule ou d'un bâtiment sans affecter le rayonnement solaire reçu par la cellule, et de cacher plus ou moins la cellule à la vue des occupants du véhicule ou du bâtiment ;
- la structure est transparente sur une partie au moins de sa surface. L'invention a d'autre part pour objet un procédé de fabrication d'une structure telle que décrite ci-dessus, dans lequel, au cours de l'injection dudit polymère injecté, ladite cellule photovoltaïque est placée dans le moule d'injection de celui-ci.
D'autre part, le procédé d'injection permet d'obtenir des formes complexes, notamment bombées, des épaisseurs variables sur l'étendue de la structure composite, des parties transparentes et des parties opaques ... D'autre part, les mesures de l'invention (face de la cellule photovoltaïque opposée au polymère injecté mise en adhésion avec un polymère d'encapsulation, ou cellule photovoltaïque ajourée) garantissent le maintien de ces formes plus ou moins complexes voulues, après refroidissement, l'intégrité de la cellule photovoltaïque au refroidissement et en conditions de vie, et une bonne durabilité.
Un autre objet de l'invention consiste en un vitrage monolithique, feuilleté, simple ou multiple comportant une structure telle que décrite ci-dessus. Un vitrage multiple désigne un vitrage constitué de plusieurs substrats transparents espacés les uns des autres avec interposition d'une lame d'air ou gaz sec (présence d'un dessicant). Chacun de ces substrats transparents peut être monolithique ou feuilleté. Un vitrage est dit simple s'il ne comporte qu'un tel substrat transparent.
Ce dernier, quand il est feuilleté, comporte ledit polymère injecté relié par exemple à une feuille de verre ou matière plastique transparente par l'intermédiaire d'un adhésif intercalaire tel que polyvinylbutyral ou polyuréthane.
Un autre objet de l'invention est l'application d'un vitrage décrit ci-dessus pour un véhicule de transport terrestre (notamment comme toit de véhicule automobile), aérien ou aquatique, pour le bâtiment, le mobilier urbain (abribus, cabine téléphonique, écran d'affichage ...).
L'invention est maintenant illustrée par les exemples suivants se référant aux figures 1 à 6 annexées représentant schématiquement six réalisations de la structure composite de l'invention.
Les dimensions relatives des différents éléments constitutifs de cette structure ne sont pas respectées, mais seront explicitées dans la suite si nécessaire.
La cellule photovoltaïque de la figure 1 comporte une base 3 d'acier souple de type invar ajourée de 125 μm d'épaisseur, ou alternativement, une base 3 d'acier rigide ajourée de 200 μm d'épaisseur.
La face active 2 de la cellule consiste en une feuille de silicium amorphe de 20 à 200 μm d'épaisseur, ou alternativement, en une feuille de silicium cristallin de 100 à 300 μm d'épaisseur, ou encore en un dépôt de couches minces photovoltaïques CIGS ou CdTe ...
Une enveloppe amortissante 4 de polyimide englobe la totalité de la cellule photovoltaïque. L'épaisseur de polyimide sur chaque face de la cellule est de
25 μm. Alternativement pourraient être employées des épaisseurs de 250 à
500 μm de polycarbonate sur chaque face de la cellule. L'enveloppe amortissante déborde de la périphérie de la cellule de 4,5 mm.
Contrairement à la représentation de la figure 1 , la feuille de polycarbonate 1 de 4 mm d'épaisseur est collée par injection à l'ensemble du côté droit ou gauche sur la figure.
Dans l'hypothèse où la structure feuilletée est destinée à un positionnement à droite du soleil comme représenté, le polycarbonate 1 peut être teinté s'il est collé à droite de la cellule sur la figure. Dans le cas inverse, une telle
caractéristique limiterait le rayonnement solaire accédant à la face active 2 de la cellule.
Dans la figure 2, l'enveloppe amortissante 4 de la figure 1 est remplacée par un simple support polymère 4 collé sur la face active 2. La nature et l'épaisseur du support polymère 4 sont identiques à celles des parties de l'enveloppe amortissante 4 de la figure 1 collées sur chacune des deux faces de la cellule.
La base 3 est du type en acier souple mentionné ci-dessus.
La face active 2 de la cellule photovoltaïque est du type en silicium amorphe ou couche mince CIGS, Cd Te .... mentionné ci-dessus.
La feuille de polycarbonate 1 est collée du côté droit de la cellule par le support polymère 4. Elle peut être teintée.
La structure composite de la figure 3 est obtenue en intervertissant le positionnement des constituants 1 et 4 de la figure 2. Le support polymère 4 peut être teinté.
Dans les figures 4 à 6, la base 3 de la cellule est une feuille amortissante 4 de polyimide ou polycarbonate identique au support polymère 4 de la figure 2.
Dans la figure 4, cette base 3 est associée à une autre feuille de mêmes propriétés, avec laquelle elle forme une enveloppe amortissante 4 similaire à celle de la figure 1.
La feuille de polycarbonate 1 est collée par injection du côté droit ou gauche de la cellule. Elle peut être teintée en cas de positionnement à droite sur la figure 4.
Aux figures 5 et 6, la face active 2 de la cellule est collée à la feuille de polycarbonate 1 par la base polyimide ou polycarbonate 3, 4. La feuille de polycarbonate 1 , respectivement la base polyimide ou polycarbonate 3, 4 peut être teintée en figures 5, respectivement 6.