EP4533550A1 - Système et procédé de fabrication d'un élément de cellule photovoltaïque - Google Patents

Système et procédé de fabrication d'un élément de cellule photovoltaïque

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Publication number
EP4533550A1
EP4533550A1 EP23731100.6A EP23731100A EP4533550A1 EP 4533550 A1 EP4533550 A1 EP 4533550A1 EP 23731100 A EP23731100 A EP 23731100A EP 4533550 A1 EP4533550 A1 EP 4533550A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
parts
substrate
main surface
contact
photovoltaic cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23731100.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alexandre Vachez
Christine DENIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4533550A1 publication Critical patent/EP4533550A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
    • H10F77/147—Shapes of bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P54/00—Cutting or separating of wafers, substrates or parts of devices

Definitions

  • a photovoltaic cell converts part of light radiation into electrical energy.
  • a photovoltaic cell includes a substrate configured to generate electrons upon receipt of light radiation, a first electrically conductive structure on a first surface of the substrate and a second electrically conductive structure on a second surface of the substrate, opposite the first surface.
  • Each surface layer generally allows the privileged collection of a type of carrier (electrons or holes).
  • the mainly used substrate includes silicon.
  • Irradiation consists of laser firing a photovoltaic cell to form a trench in the substrate to facilitate the separation of the cell into two elements.
  • Splitting consists of physically and manually separating two parts of the same cell to obtain two distinct photovoltaic cell elements of reduced size. But cleavage is a delicate operation, due to the fact that the silicon substrate is fragile, that is to say brittle.
  • the cleavage step can therefore result in the cell breaking into numerous elements having undesired random shapes.
  • irradiation emits strong heat at the point of impact, both on the surface and at depth. The emission of heat, which can lead to silicon melting, significantly degrades cell performance.
  • the power of the laser must be reduced and in this case it no longer allows effective cleavage. Indeed, with reduced laser power, cleavage becomes difficult and random, which causes high breakage rates.
  • photovoltaic cells for various devices, such as roller shutters or connected objects, in particular for small devices, such as calculators, etc.
  • An object of the invention consists of proposing means for providing a photovoltaic cell element having varied shapes with satisfactory performance.
  • a system for the manufacture of a photovoltaic cell element, the element comprising a photovoltaic cell substrate configured to generate electrons upon receipt of light radiation, the substrate comprising a main surface and a secondary surface opposite the main surface as well as a trench on the surface main to form an internal contour delimiting a part to be hollowed out inside the internal contour and a part to be kept outside the internal contour.
  • the system including:
  • first and second parts being configured to cooperate so that one of the first and second parts is in contact with the main surface of the substrate and the other of the first and second parts are in contact with the secondary surface of the substrate, and
  • this system makes it possible to reduce the rate of breakage to a completely unexpected extent, in particular, at the delicate stage of hollowing out the central part of the photovoltaic cell element.
  • Such a system is particularly suitable for manufacturing hollowed-out photovoltaic cell elements, that is to say devoid of material, in their center. The system allows separation of the part to be hollowed out without breaking the part to be kept.
  • an assembly comprising a photovoltaic cell element provided with a photovoltaic cell substrate configured to generate electrons upon reception of light radiation, the substrate comprising a main surface and a secondary surface opposite to the main surface as well as a trench on the main surface to form an internal contour delimiting a part to be hollowed out inside the internal contour and a part to be kept outside the internal contour, the assembly comprising a system such as defined above.
  • Figure 1 illustrates schematically an exploded perspective view of an embodiment of a system for manufacturing a photovoltaic cell element
  • Figure 2 schematically illustrates a top view of one embodiment of a photovoltaic cell element
  • Figures 3 to 5 schematically illustrate the main steps of another mode of implementing a process for manufacturing a photovoltaic cell element
  • Figures 6 and 7 schematically illustrate sectional views of other embodiments of a system for manufacturing a photovoltaic cell element
  • Figures 8 to 11 schematically illustrate the main steps of another mode of implementing a process for manufacturing a photovoltaic cell element
  • Figure 12 schematically illustrates other embodiments of a photovoltaic cell element.
  • an imprint of the element is formed on one of the first and second parts.
  • one of the first and second parts is configured to be screwed onto the other of the first and second parts.
  • the system comprises an intermediate part shaped to be brought into contact with one of the main and secondary surfaces, the intermediate part being mounted with a degree of freedom, or in a fixed manner, on one of the first and second pieces.
  • one of the first and second parts is shaped to form a guide configured to cooperate with the stamper so as to guide the stamper when it is introduced into said at least one orifice.
  • the first and second parts surround the substrate during stamping.
  • stamping includes placement of the main surface of the substrate facing the stamper.
  • the initialization comprises bringing the main surface of the substrate into contact with the first part and in which the first part carries the substrate.
  • the initialization comprises removably mounting one of the first and second parts on the other of the first and second parts.
  • the method comprises, before initialization, a step of generating the trench on the main surface of the substrate.
  • FIGs 1 and 3 to 7 there is shown a system 1 for the manufacture of a photovoltaic cell element 2, 3.
  • the main stages of a process are also shown. for manufacturing a photovoltaic cell element 2, 3.
  • a cell element 2, 3 is intended to manufacture a photovoltaic cell.
  • the cell element 2, 3 is obtained by cutting in a conventional cell, as illustrated in Figure 8.
  • the conventional cell before cutting includes metallization patterns, for example produced by screen printing.
  • the patterns can be tailored to suit the desired final annular functional cells.
  • the final functional cell 3 is based on a substrate 4, preferably made of crystalline silicon, and its main 5 and secondary 6 surfaces are provided with a metallization pattern, for example based on silver.
  • System 1 comprises first and second parts 10, 11, and a stamper 12.
  • the second part 11 is provided with a second orifice 14.
  • the stamper 12 is able to be introduced into at least one orifice 13, 14 among the first and second orifices so as to be brought into contact with the part to be hollowed out 8 to separate it from the part to be preserved 9.
  • L one among the first and second orifices 13, 14 intended to receive the stamper 12, has a section greater than or equal to the section of the body of the stamper 12.
  • the other among the first and second orifices 13, 14 has a section greater than or equal to the section of the part to be hollowed out 8 so that the part to be hollowed out 8 can be housed, after separation, in said orifice.
  • the other among the first and second orifices 13, 14 has a depth Pg which is greater than or equal to the thickness of the element 2, 3, so as to receive the recessed part 8 when it is separated from the part to keep.
  • the part to be retained 9 remains in contact with the first and second parts 10, 11.
  • the first and second parts 10, 11 are then separated to obtain the hollowed out element 3, as illustrated in Figure 2, that is to say the element 2, 3 devoid of material in its central part.
  • an element 2, 3 which can have an unconventional geometric shape, such as round, elliptical, triangle, ring, hexagon, etc., as illustrated in Figure 12.
  • conventional geometric shape we mean a photovoltaic cell, a quadrilateral shape, such as a square, rectangle or diamond.
  • element having a hollowed out part that is to say a free space devoid of material, at the heart of element 2, 3.
  • element 3 is of round geometric shape. , with a recessed part 8 also round, so as to form a ring, as illustrated in Figure 2.
  • one of the first and second parts 10, 11 receives the element 2, 3 and it is called a support part.
  • the other among the first and second parts 10, 11 comes into contact with the element 2, 3 and is called a flange.
  • the first part 10 corresponds to the support part and the second part 11 corresponds to the flange.
  • the flange is shaped so as not to crush the element 2, 3 when the flange is in contact with the element 2, 3.
  • a mechanical stop can be provided, with or without locking, on the support part against which the flange comes into contact so as to be in contact with the element 2, 3 without crushing it.
  • the system 1 can comprise an elastic member 60, for example a spring, preferably compression spring to apply a force on the flange so as to guarantee contact between the flange and the element 2, 3.
  • the elastic member 60 can be mounted on the flange and configured to cooperate with the stamper 12, so that when the stamper 12 is introduced into the orifice of the flange, the stamper 12 applies a force to the elastic member 60 which transmits it to the flange.
  • the elastic member 60 can be mounted on the stamper 12.
  • the flange has a face intended to be in contact with one of the main and secondary surfaces 5, 6 of the element 2, 3, configured to be parallel to said surface 5, 6 of the element 2, 3, when the flange is in contact with element 2, 3.
  • one of the first and second parts 10, 11 is configured to be removably mounted on the other of the first and second parts
  • one of the first and second parts 10, 11 is configured to be screwed onto the other of the first and second parts 10,
  • the flange is configured to be screwed onto the support part.
  • one of the first and second parts 10, 11 may include an internal screw thread 40 intended to cooperate with a complementary external screw thread 41 formed on the other of the first and second parts 10, 11.
  • one of the first and second parts 10, 11 may comprise an internal longitudinal groove extending parallel to the longitudinal axis A, intended to cooperate with an external longitudinal lug formed on the other of the first and second parts 10, 11.
  • the screw thread 40, or the longitudinal internal groove of one of the first and second parts 10, 11 makes it possible to guide said part 10, 11 so that the face of said part is parallel to the surface 5, 6 of the element 2, 3, in contact of said part 10, 11 with the element 2, 3.
  • the screw thread 40 or the longitudinal internal groove makes it possible to hold the element 2, 3 in contact with the first and second parts 10, 11.
  • the first and second parts 10, 11 are configured so that when they are in contact with element 2, 3, element 2, 3 is stationary relative to the first and second parts 10, 11.
  • one of the first and second parts 10, 11 is in one piece.
  • one-piece part we mean a part made up of a single part.
  • the system comprises an intermediate part 30 shaped to be brought into contact with one of the main 5 and secondary 6 surfaces.
  • the intermediate part 30 can be mounted on one of the first and second parts 10, 11 with a degree of freedom, for example with a translation along an axis parallel to the longitudinal axis A.
  • the intermediate part 30 can be mounted in a fixed manner, on one of the first and second parts 10, 11.
  • the intermediate part 30 makes it possible to wedge the element 2 to keep it stationary in order to further promote the separation of the part to be hollowed out 8 from the part to be retained 9.
  • the intermediate part 30 can be made of elastomer.
  • one of the first and second parts 10, 11 is shaped to form a guide configured to cooperate with the stamper 12 so as to guide the stamper 12 during its introduction into at least one orifice 13, 14 among the first and second orifices.
  • the support part is configured to cooperate with the stamper 12, and also with the flange.
  • the guide can be a screw thread or a longitudinal groove.
  • One of the first and second parts 10, 11 may include an additional internal screw thread 50 intended to cooperate with a complementary external screw thread 51 formed on the stamper 12.
  • one of the first and second parts 10, 11 may include an additional internal longitudinal groove extending parallel to the longitudinal axis A, intended to cooperate with an external longitudinal lug formed on the stamper 12.
  • the guide makes it possible to center the stamper 12 relative to the element 2, 3.
  • the guide formed on one of the first and second parts 10, 11 makes it possible to gradually approach the stamper 12 towards the element 2, 3.
  • the guide makes it possible to homogeneously press the part to be hollowed out 8 and limits breakage rates.
  • the stamper 12 has a body comprising a base 70, a support head 71 and a cylindrical trunk 72 connecting the support head 71 to the base 70.
  • the support head 71 has a section having a shape similar to that of the part to be hollowed out 8 of the element 2, 3.
  • the support head 71 comes to bear against the part to be hollowed out 8 which, thanks to the trench 7 generated on the main surface 5, detaches from the part of the substrate to be retained 9.
  • the method of manufacturing a photovoltaic cell element 2, 3 uses the manufacturing system 1 as defined above.
  • the method includes initialization and stamping.
  • Initialization makes it possible to position the element 2, 3 relative to the first and second parts 10, 11 so as to facilitate the removal of the part to be hollowed out 8.
  • Stamping makes it possible to physically separate the part to be hollowed out 8 from the part to keep 9.
  • the initialization comprises a cooperation of the first and second parts 10, 11 of the system, so that one of the first and second parts is in contact with the main surface of the substrate of the photovoltaic cell element and that the other of the first and second parts is in contact with the secondary surface of the substrate.
  • the contacting of the surfaces 5, 6 with the first and second parts 10, 11 can be carried out simultaneously.
  • the initialization comprises bringing the main surface of the substrate into contact with the first part and in which the first part carries the substrate.
  • the surface is in contact, then we move the part relative to the other so that the opposite surface is in contact with the moved part.
  • the stamping comprises an introduction of the stamper of the system into at least one orifice among the first and second orifices of the first and second parts so as to put the stamper in contact with the part of the substrate to be hollowed out to separate it from the part of the substrate to be preserved.
  • the first and second parts enclose the substrate 4 of element 2, 3 during stamping. Stamping may include placement of the main surface of the substrate facing the stamper.
  • the initialization may include removably mounting one of the first and second parts on the other of the first and second parts.
  • the additional external trenches 110 are preferably produced by laser. In other words, each trench 7 is made inside an additional external trench 110.
  • the additional external trenches 110 make it possible to separate the elements 2 of the photovoltaic cell, for example by mechanical cleavage.
  • photovoltaic cell elements 2 which can have different shapes.
  • Figure 10 there is shown an element 2 having a round shape.
  • three elements 2 are shown having respectively square, rectangular and triangular shapes.
  • three elements 3 are shown respectively obtained from the three elements 2 illustrated in Figure 11, after separation, for each of the three elements, of the part to be hollowed out 8 with the part to be retained 9.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Système pour la fabrication d'un élément de cellule photovoltaïque (2, 3), l'élément (2, 3) comprenant un substrat (4) configuré pour générer des électrons à réception d'un rayonnement lumineux, le substrat (4) comprenant une surface principale (5), une surface secondaire (6) et une tranchée (7) sur la surface principale (5) pour former un contour interne délimitant une partie à évider (8) et une partie à conserver (9), le système comprenant une première pièce (10) pourvue d'un premier orifice (13), une deuxième pièce pourvue d'un deuxième orifice (14), les première et deuxième pièces étant configurées pour coopérer de manière que l'élément (2, 3) soit en contact avec les première et deuxième pièces (10, 11), et un emboutisseur (12) apte à être introduit dans au moins un orifice de manière à être mis en contact avec la partie à évider (8) pour la séparer de la partie à conserver (9).

Description

« système et procédé de fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque »
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne la fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque, et plus particulièrement la réalisation de cellules photovoltaïques présentant des formes géométriques non conventionnelles telles que des formes présentant une partie interne évidées, par exemple des anneaux.
ETAT DE LA TECHNIQUE
De manière générale, une cellule photovoltaïque convertit une partie du rayonnement lumineux en énergie électrique. Une cellule photovoltaïque comprend un substrat configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, une première structure électriquement conductrice sur une première surface du substrat et une deuxième structure électriquement conductrice sur une deuxième surface du substrat, opposée à la première surface. Chaque couche de surface permettant en général la collection privilégiée d’un type de porteur (électrons ou trous). Le substrat principalement utilisé comprend du silicium.
Actuellement, il existe des solutions industrielles pour la découpe de cellules photovoltaïques. Généralement, on utilise une découpe des cellules pour obtenir des cellules de taille réduite et de forme variable pour diverses utilisations. Par exemple, on peut utiliser des cellules de petite taille pour les intégrer au sein d’appareil électroniques tels que des calculatrices ou des téléphones portables intelligents. La solution la plus utilisée est l’irradiation par un faisceau laser, suivie d’une étape de clivage mécanique. L’irradiation consiste à effectuer un tir laser sur une cellule photovoltaïque pour former une tranchée dans le substrat afin de faciliter la séparation de la cellule en deux éléments. Le clivage consiste à séparer physiquement et manuellement deux parties d’une même cellule pour obtenir deux éléments de cellule photovoltaïque distincts, et de taille réduite. Mais le clivage est une opération délicate, du fait que le substrat en silicium est fragile, c’est-dire cassant. L’étape de clivage peut donc entraîner une cassure de la cellule en nombreux éléments ayant des formes aléatoires non souhaitées. En outre, l’irradiation émet une forte chaleur au point d’impact et ce, en surface et en profondeur. L’émission de chaleur, qui peut aller jusqu’à la fusion du silicium, dégrade fortement les performances des cellules.
Par exemple, on peut citer les documents de brevet CN202058753, JP2022006823, US2019/163137, EP1708282, WO2019/076468, JP2005236017 et WO2022/074651 .
Pour limiter cette dégradation importante, la puissance du laser doit être réduite et dans ce cas elle ne permet plus un clivage efficace. En effet, avec une puissance laser réduite, le clivage devient difficile et aléatoire, ce qui provoque des taux de casse élevés.
Il existe donc un besoin général consistant à réaliser des cellules photovoltaïques de formes non conventionnelles. Les formes conventionnelles de cellule photovoltaïque sont généralement des disques ou des carrés, aux bords saillants ou arrondis.
On peut également être amené à utiliser des cellules photovoltaïques pour des dispositifs divers et variés, comme des volets roulants ou des objets connectés, en particulier pour des dispositifs de petites tailles, tels que des calculatrices, etc.
Un objet de l’invention consiste à proposer des moyens pour fournir un élément de cellule photovoltaïque présentant des formes variées avec des performances satisfaisantes.
Un autre objet consiste à fournir des moyens de fabrication d’éléments de cellule photovoltaïque adaptés pour limiter le taux de casse.
Un autre objet consiste à fournir des moyens pour fournir un élément de cellule photovoltaïque adapté pour être intégré au sein d’un dispositif de petite taille.
RESUME DE L’INVENTION
Pour atteindre cet objectif, il est proposé un système pour la fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque, l’élément comprenant un substrat de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, le substrat comprenant une surface principale et une surface secondaire opposée à la surface principale ainsi qu’une tranchée sur la surface principale pour former un contour interne délimitant une partie à évider à l’intérieur du contour interne et une partie à conserver à l’extérieur du contour interne.
Le système comprenant :
- une première pièce pourvue d’un premier orifice,
- une deuxième pièce pourvue d’un deuxième orifice, les première et deuxième pièces étant configurées pour coopérer de manière que l’une parmi les première et deuxième pièces soit au contact de la surface principale du substrat et que l’autre parmi les première et deuxième pièces soit au contact de la surface secondaire du substrat, et
- un emboutisseur apte à être introduit dans au moins un orifice parmi les premier et deuxième orifices de manière à être mis en contact avec la partie à évider pour la séparer de la partie à conserver.
Il s’avère que ce système permet de réduire le taux de casse dans une mesure parfaitement inattendue, notamment, à l’étape délicate de l’évidement de la partie centrale de l’élément de cellule photovoltaïque. Un tel système est particulièrement adapté pour fabriquer des éléments de cellule photovoltaïque évidés, c’est-à-dire dépourvue de matière, en leur centre. Le système permet une séparation de la partie à évider sans casser la partie à conserver.
Selon un autre aspect, il est proposé un ensemble, comprenant un élément de cellule photovoltaïque muni d’un substrat de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, le substrat comprenant une surface principale et une surface secondaire opposée à la surface principale ainsi qu’une tranchée sur la surface principale pour former un contour interne délimitant une partie à évider à l’intérieur du contour interne et une partie à conserver à l’extérieur du contour interne, l’ensemble comprenant un système tel que défini ci-avant.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque utilisant un système tel que défini ci-avant, le procédé comprenant une initialisation comprenant une mise en coopération des première et deuxième pièces du système de manière que l’une parmi les première et deuxième pièces soit au contact de la surface principale du substrat de l’élément de cellule photovoltaïque et que l’autre parmi les première et deuxième pièces soit au contact de la surface secondaire du substrat, et un emboutissage comprenant une introduction de l’emboutisseur du système dans au moins un orifice parmi les premier et deuxième orifices des première et deuxième pièces de manière à mettre l’emboutisseur en contact avec la partie du substrat à évider pour la séparer de la partie du substrat à conserver.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en œuvre de cette dernière, illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : la figure 1 , illustre de façon schématique une vue éclatée en perspective d’un mode de réalisation d’un système pour la fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque ; la figure 2, illustre de façon schématique une vue de dessus d’un mode de réalisation d’un élément de cellule photovoltaïque ; les figures 3 à 5, illustrent de façon schématique les principales étapes d’un autre mode de mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque ; les figures 6 et 7, illustrent schématiquement des vues en coupe d’autres modes de réalisation d’un système pour la fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque ; les figures 8 à 11 , illustrent schématiquement les étapes principales d’un autre mode de mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque ; la figure 12, illustre de façon schématique d’autres modes de réalisation d’un élément de cellule photovoltaïque.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
- Selon un exemple, une empreinte de l’élément est formée sur l’une parmi les première et deuxième pièces.
- Selon un exemple, l’une parmi les première et deuxième pièces est configurée pour être montée de manière amovible sur l’autre parmi les première et deuxième pièces.
- Selon un exemple, l’une parmi les première et deuxième pièces est configurée pour être vissée sur l’autre parmi les première et deuxième pièces.
- Selon un exemple, l’une parmi les première et deuxième pièces est monobloc.
- Selon un exemple, le système comprend une pièce intermédiaire conformée pour être mise en contact avec l’une parmi les surfaces principale et secondaire, la pièce intermédiaire étant montée avec un degré de liberté, ou de manière fixe, sur l’une parmi les première et deuxième pièces.
- Selon un exemple, l’une parmi les première et deuxième pièces est conformée pour former un guide configuré pour coopérer avec l’emboutisseur de sorte à guider l’emboutisseur lors de son introduction dans ledit au moins un orifice.
- Selon un exemple, les première et deuxième pièces enserrent le substrat lors de l’emboutissage.
- Selon un exemple, l’emboutissage comprend un placement de la surface principale du substrat en regard de l’emboutisseur.
- Selon un exemple, l’initialisation comporte une mise en contact de la surface principale du substrat avec la première pièce et dans lequel la première pièce porte le substrat.
- Selon un exemple, l’initialisation comprend un montage de manière amovible de l’une parmi les première et deuxième pièces sur l’autre parmi les première et deuxième pièces.
- Selon un exemple, le procédé comprend, avant l’initialisation, une étape de génération de la tranchée sur la surface principale du substrat.
Sur les figures 1 et 3 à 7, on a représenté un système 1 pour la fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque 2, 3. En particulier, sur les figures 3 à 5, on a également représenté les principales étapes d’un procédé de fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque 2, 3.
Un élément de cellule 2, 3 est destiné à fabriquer une cellule photovoltaïque.
L’élément 2, 3 comprend un substrat 4 de cellule photovoltaïque. Le substrat 4 est configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux. Le substrat 4 comprend une surface principale 5 et une surface secondaire 6 opposée à la surface principale 5. Le substrat 4 comprend en outre une tranchée 7 sur la surface principale 5 pour former un contour interne délimitant une partie à évider 8 à l’intérieur du contour interne et une partie à conserver 9 à l’extérieur du contour interne.
De façon générale, un élément de cellule 2, 3 est dit fonctionnel, c’est-à-dire que l’élément de cellule comprend, de préférence, un substrat 4 à base de silicium cristallin. Préférentiellement, l’élément de cellule 2, 3 est du type hétérojonction, c’est-à-dire comprenant une couche d’un substrat cristallin et au moins une couche de silicium amorphe hydrogéné au contact ée la couche de substrat cristallin. Plus particulièrement, l’élément de cellule 2, 3 est une cellule fonctionnelle comprenant une partie évidée 8. L’élément de cellule 2, 3 peut avoir différentes formes, par exemple une forme annulaire, comme illustré à la figure 2.
De manière générale, l’élément de cellule 2, 3 est obtenue par découpe dans une cellule conventionnelle, comme illustrée à la figure 8. La cellule conventionnelle avant découpe comprend des motifs de métallisation, par exemple réalisés par sérigraphie. Les motifs peuvent être adaptés pour convenir aux cellules fonctionnelles annulaires finales souhaitées. Ainsi, la cellule fonctionnelle finale 3 est à base d’un substrat 4, de préférence en silicium cristallin, et ses surfaces principale 5 et secondaire 6 sont munies d’un motif de métallisation, par exemple à base d’argent.
Généralement, on réalise la tranchée 7 à l’aide d’un laser. De préférence, la tranchée 7 est réalisée de manière non traversante au sein du substrat 4.
Le système 1 comprend des première et deuxième pièces 10, 11 , et un emboutisseur 12.
La première pièce 10 est pourvue d’un premier orifice 13.
La deuxième pièce 11 est pourvue d’un deuxième orifice 14.
En particulier, les première et deuxième pièces 10, 11 sont configurées pour coopérer de manière que l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 soit au contact de la surface principale 5 du substrat 4 et que l’autre parmi les première et deuxième pièces 10, 11 soit au contact de la surface secondaire 6 du substrat 4.
Par ailleurs, l’emboutisseur 12 est apte à être introduit dans au moins un orifice 13, 14 parmi les premier et deuxième orifices de manière à être mis en contact avec la partie à évider 8 pour la séparer de la partie à conserver 9. L’un parmi les premier et deuxième orifices 13, 14 destiné à recevoir l’emboutisseur 12, a une section supérieure ou égale à la section du corps de l’emboutisseur 12. Par ailleurs, l’autre parmi les premier et deuxième orifices 13, 14 a une section supérieure ou égale à la section de la partie à évider 8 pour que la partie à évider 8 puisse se loger, après séparation, dans ledit orifice. Ainsi, l’autre parmi les premier et deuxième orifices 13, 14 a une section configurée pour ne pas bloquer la partie à évider 8 lors de l’emboutissage. De préférence, l’orifice 13, 14 destiné à recevoir la partie à évider 8 a une forme cylindrique ou conique s’évasant vers l’embase de la pièce. L’un parmi les premier et deuxième orifices 13, 14 est de préférence traversant, de manière à permettre l’introduction de l’emboutisseur 12 pour qu’il vienne en contact avec l’élément 2, 3, et plus particulièrement avec la partie à évider 8 de l’élément 2, 3. L’autre parmi les premier et deuxième orifices 13, 14 peut être traversant ou borgne. En particulier, l’autre parmi les premier et deuxième orifices 13, 14 a une profondeur Pg qui est supérieure ou égale à l’épaisseur de l’élément 2, 3, de manière à recevoir la partie évidée 8 lorsqu’elle est séparée de la partie à conserver. Après la séparation physique de la partie à évider 8, la partie à conserver 9 reste en contact avec les première et deuxième pièces 10, 11. On sépare ensuite les première et deuxième pièces 10, 11 pour obtenir l’élément 3 évidé, comme illustré sur la figure 2, c’est-à-dire l’élément 2, 3 dépourvu de matière dans sa partie centrale.
Ainsi, on obtient un élément 2, 3 pouvant avoir une forme géométrique non conventionnelle, telle que du type rond, elliptique, triangle, anneau, hexagone, etc., comme illustré sur la figure 12. On entend par forme géométrique conventionnelle d’une cellule photovoltaïque, une forme en quadrilatère, telle qu’un carré, un rectangle ou un losange. En outre, on peut facilement obtenir un élément ayant une partie évidée, c’est- à-dire un espace libre dépourvu de matière, au cœur de l’élément 2, 3. Par exemple, l’élément 3 est de forme géométrique ronde, avec une partie évidée 8 également ronde, de sorte à former un anneau, comme illustré sur la figure 2.
Le système 1 et l’élément de cellule photovoltaïque 2, 3 forment un ensemble 100.
De manière générale, l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 reçoit l’élément 2, 3 et elle est appelée pièce support. L’autre parmi les première et deuxième pièces 10, 11 vient au contact de l’élément 2, 3 et est appelée bride. Dans l’exemple illustré à la figure 1 , la première pièce 10 correspond à la pièce support et la deuxième pièce 11 correspond à la bride. En particulier, la bride est conformée pour ne pas écraser l’élément 2, 3 lorsque la bride est en contact avec l’élément 2, 3. Par exemple, on peut prévoir une butée mécanique, avec ou sans verrouillage, sur la pièce support contre laquelle la bride vient en contact de manière à être en contact avec l’élément 2, 3 sans l’écraser. En variante, on peut prévoir un positionnement de la bride à l’aide d’un robot qui ajuste précisément le positionnement de la bride par rapport à l’élément 2, 3. Selon un autre mode de réalisation, illustré à la figure 7, le système 1 peut comprendre un organe élastique 60, par exemple un ressort, de préférence de compression pour appliquer un effort sur la bride de manière à garantir le contact entre la bride et l’élément 2, 3. L’organe élastique 60 peut être monté sur la bride et configuré pour coopérer avec l’emboutisseur 12, de sorte que lorsque l’emboutisseur 12 est introduit dans l’orifice de la bride, l’emboutisseur 12 applique un effort sur l’organe élastique 60 qui le transmet à la bride. En variante, l’organe élastique 60 peut être monté sur l’emboutisseur 12.
Avantageusement, la bride a une face destinée à être en contact avec l’une parmi la surface principale et secondaire 5, 6 de l’élément 2, 3, configurée pour être parallèle ladite surface 5, 6 de l’élément 2, 3, lorsque la bride est en contact avec l’élément 2, 3.
De façon avantageuse, et comme illustré à la figure 3, une empreinte 20 de l’élément 2, 3 est formée sur l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11. Dans l’exemple illustré à la figure 1 , l’empreinte 20 est formée sur la première pièce 10, c’est- à-dire la pièce support. La pièce 10, 11 pourvue de l’empreinte 20 est également appelée pièce de support guide. La pièce support guide permet de recevoir et maintenir en position l’élément 2, 3. Par ailleurs, l’empreinte 20 permet de centrer l’élément 2, 3 par rapport à la pièce support guide, et plus particulièrement par rapport à l’axe longitudinal A qui passe par le centre de l’élément 2, 3. L’empreinte 20 a une forme qui s’approche du bord extérieur de l’élément 2, 3. De préférence, l’empreinte 20 a une forme complémentaire de celle de l’élément 2, 3 de sorte à lui servir de logement. Avantageusement, l’empreinte 20 est conformée pour être au contact avec le bord extérieur de l’élément 2, 3. Par exemple, la profondeur Pf de l’empreinte 20 est inférieure ou égale à l’épaisseur Ec de l’élément 2, 3.
Par exemple, l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 est configurée pour être montée de manière amovible sur l’autre parmi les première et deuxième pièces
10, 11. Selon un mode de réalisation, l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 est configurée pour être vissée sur l’autre parmi les première et deuxième pièces 10,
11 . Par exemple, comme illustré à la figure 3, la bride est configurée pour être vissée sur la pièce support. C’est-à-dire que l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 peut comporter un pas de vis interne 40 destiné à coopérer avec un pas de vis externe 41 complémentaire formé sur l’autre parmi les première et deuxième pièces 10, 11. En variante, l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 peut comporter une rainure interne longitudinale s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal A, destinée à coopérer avec un ergot longitudinal externe formé sur l’autre parmi les première et deuxième pièces 10, 11. Ainsi, le pas de vis 40, ou la rainure interne longitudinale de l’une parmi les première et deuxième pièce 10, 11 permet de guider ladite pièce 10, 11 de manière que la face de ladite pièce soit parallèle à la surface 5, 6 de l’élément 2, 3, au contact de ladite pièce 10, 11 avec l’élément 2, 3. Le pas de vis 40 ou la rainure interne longitudinale, permet de maintenir l’élément 2, 3 en contact avec les première et deuxième pièces 10, 11 . De préférence, les première et deuxième pièces 10, 11 sont configurées de sorte que lorsqu’elles sont en contact avec l’élément 2, 3, l’élément 2, 3 est immobile par rapport aux première et deuxième pièces 10, 11.
De préférence, l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 est monobloc. On entend par pièce monobloc, une pièce constituée d’une seule partie. En variante, le système comprend une pièce intermédiaire 30 conformée pour être mise en contact avec l’une parmi les surfaces principale 5 et secondaire 6. La pièce intermédiaire 30 peut être montée sur l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 avec un degré de liberté, par exemple avec une translation le long d’un axe parallèle à l’axe longitudinal A. En variante, la pièce intermédiaire 30 peut être montée de manière fixe, sur l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 . La pièce intermédiaire 30 permet de caler l’élément 2 pour le maintenir immobile afin de favoriser davantage la séparation de la partie à évider 8 avec la partie à conserver 9. Par exemple, la pièce intermédiaire 30 peut être en élastomère.
Avantageusement, l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 est conformée pour former un guide configuré pour coopérer avec l’emboutisseur 12 de sorte à guider l’emboutisseur 12 lors de son introduction dans au moins un orifice 13, 14 parmi les premier et deuxième orifices. Dans l’exemple illustré à la figure 3, la pièce support est configurée pour coopérer avec l’emboutisseur 12, et également avec la bride. Par exemple, le guide peut être un pas de vis ou une rainure longitudinale. L’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 peut comporter un pas de vis interne supplémentaire 50 destiné à coopérer avec un pas de vis externe 51 complémentaire formé sur l’emboutisseur 12. En variante, l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 peut comporter une rainure longitudinale interne additionnelle s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal A, destinée à coopérer avec un ergot longitudinal externe formé sur l’emboutisseur 12. Le guide permet de centrer l’emboutisseur 12 par rapport à l’élément 2, 3. Le guide formé sur l’une parmi les première et deuxième pièces 10, 11 permet d’approcher progressivement l’emboutisseur 12 vers l’élément 2, 3. Ainsi, le guide permet de presser de façon homogène la partie à évider 8 et limite les taux de casse. L’emboutisseur 12 a un corps comprenant une embase 70, une tête d’appui 71 et un tronc cylindrique 72 reliant la tête d’appui 71 à l’embase 70. De préférence, la tête d’appui 71 a une section ayant une forme similaire à celle de la partie à évider 8 de l’élément 2, 3. Par exemple, comme illustré aux figures 4 et 5, lors de l’étape d’emboutissage, la tête d’appui 71 vient en appui contre la partie à évider 8 qui, grâce à la tranchée 7 générée sur la surface principale 5, se détache de la partie du substrat à conserver 9. En particulier, le procédé de fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque 2, 3 utilise le système 1 de fabrication tel que défini ci-avant.
En particulier, le procédé comprend une initialisation et un emboutissage. L’initialisation permet de positionner l’élément 2, 3 par rapport aux première et deuxième pièces 10, 11 de manière à faciliter le retrait de la partie à évider 8. L’emboutissage permet de séparer physiquement la partie à évider 8 de la partie à conserver 9. Plus particulièrement, l’initialisation comprend une mise en coopération des première et deuxième pièces 10, 11 du système, de manière que l’une parmi les première et deuxième pièces soit au contact de la surface principale du substrat de l’élément de cellule photovoltaïque et que l’autre parmi les première et deuxième pièces soit au contact de la surface secondaire du substrat. Par exemple, la mise en contact des surfaces 5, 6 avec les première et deuxième pièces 10, 11 peut être effectuée simultanément. En variante, l’initialisation comporte une mise en contact de la surface principale du substrat avec la première pièce et dans lequel la première pièce porte le substrat. En d’autres termes, la surface est en contact, puis on déplace la pièce par rapport à l’autre pour que la surface opposée soit en contact de la pièce déplacée.
L’emboutissage comprend une introduction de l’emboutisseur du système dans au moins un orifice parmi les premier et deuxième orifices des première et deuxième pièces de manière à mettre l’emboutisseur en contact avec la partie du substrat à évider pour la séparer de la partie du substrat à conserver. Les première et deuxième pièces enserrent le substrat 4 de l’élément 2, 3 lors de l’emboutissage. L’emboutissage peut comprendre un placement de la surface principale du substrat en regard de l’emboutisseur.
L’initialisation peut comprendre un montage de manière amovible de l’une parmi les première et deuxième pièces sur l’autre parmi les première et deuxième pièces.
Avantageusement, le procédé de fabrication comprend, avant l’initialisation, une fourniture d’un élément 2 de cellule photovoltaïque, dit élément initial. On entend par élément initial, un élément 2, 3 dans lequel le substrat 4 comprend la partie à évider 8 et la partie à conserver 9. Sur les figures 8 à 10, on a représenté un autre mode de mise en œuvre du procédé de fabrication. Selon cet autre mode de mise en œuvre, le procédé comprend, avant l’initialisation, une étape de génération de la tranchée 7 sur la surface principale 5 du substrat 4. Plus particulièrement, sur la figure 8, on a représenté une cellule photovoltaïque fonctionnelle. Sur la figure 9, on a réalisé, sur la surface principale 5 du substrat 4, plusieurs tranchées 7 afin d’obtenir plusieurs éléments de cellule photovoltaïque 2. En particulier, on réalise plusieurs tranchées additionnelles 110, dites externes, entourant les tranchées 7. Les tranchées additionnelles externes 110 sont de préférence réalisées par laser. En d’autres termes chaque tranchée 7 est réalisée à l’intérieur d’une tranchée additionnelle externe 110. Les tranchées additionnelles externes 110 permettent de séparer les éléments 2 de la cellule photovoltaïque, par exemple par un clivage mécanique. On obtient ainsi plusieurs éléments de cellule 2, comme illustré sur les figures 10 et 11. Selon les formes des tranchées additionnelles externes 110, on obtient des éléments 2 de cellule photovoltaïque pouvant avoir différentes formes. Par exemple, sur la figure 10, on a représenté un élément 2 ayant une forme ronde. Sur la figure 11 , on a représenté trois éléments 2 ayant respectivement des formes carré, rectangulaire et triangulaire. Sur la figure 12, on a représenté trois éléments 3 obtenus à partir respectivement des trois éléments 2 illustrés à la figure 11 , après séparation, pour chacun des trois éléments, de la partie à évider 8 avec la partie à conserver 9.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système pour la fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque (2, 3), l’élément (2, 3) comprenant un substrat (4) de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, le substrat (4) comprenant une surface principale (5) et une surface secondaire (6) opposée à la surface principale (5) ainsi qu’une tranchée (7) sur la surface principale (5) pour former un contour interne délimitant une partie à évider (8) à l’intérieur du contour interne et une partie à conserver (9) à l’extérieur du contour interne, le système comprenant :
• une première pièce (10) pourvue d’un premier orifice (13),
• une deuxième pièce (11) pourvue d’un deuxième orifice (14), les première et deuxième pièces (10, 11) étant configurées pour coopérer de manière que l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11) soit au contact de la surface principale (5) du substrat (4) et que l’autre parmi les première et deuxième pièces (10, 11) soit au contact de la surface secondaire (6) du substrat (4), et
• un emboutisseur (12) apte à être introduit dans au moins un orifice (13, 14) parmi les premier et deuxième orifices (13, 14) de manière à être mis en contact avec la partie à évider (8) pour la séparer de la partie à conserver (9).
2. Système selon la revendication précédente, dans lequel l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11) est configurée pour être montée de manière amovible sur l’autre parmi les première et deuxième pièces (10, 11).
3. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11) est configurée pour être vissée sur l’autre parmi les première et deuxième pièces (10, 11).
4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11) est monobloc.
5. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une pièce intermédiaire (30) conformée pour être mise en contact avec l’une parmi les surfaces principale et secondaire (5, 6), la pièce intermédiaire (30) étant montée avec un degré de liberté, ou de manière fixe, sur l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11).
6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11) est conformée pour former un guide (35) configuré pour coopérer avec l’emboutisseur (12) de sorte à guider l’emboutisseur (12) lors de son introduction dans ledit au moins un orifice (13, 14).
7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une empreinte (20) de l’élément (2, 3) est formée sur l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11).
8. Ensemble, comprenant un élément (2, 3) de cellule photovoltaïque muni d’un substrat (4) de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, le substrat (4) comprenant une surface principale (5) et une surface secondaire (6) opposée à la surface principale (5) ainsi qu’une tranchée (7) sur la surface principale (5) pour former un contour interne délimitant une partie à évider (8) à l’intérieur du contour interne et une partie à conserver (9) à l’extérieur du contour interne, l’ensemble comprenant un système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Procédé de fabrication d’un élément de cellule photovoltaïque utilisant un système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé comprenant :
• une initialisation comprenant une mise en coopération des première et deuxième pièces (10, 11) du système de manière que l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11) soit au contact de la surface principale (5) du substrat (4) de l’élément (2, 3) de cellule photovoltaïque et que l’autre parmi les première et deuxième pièces (10, 11) soit au contact de la surface secondaire (6) du substrat (4),
• et un emboutissage comprenant une introduction de l’emboutisseur (12) du système dans au moins un orifice (13, 14) parmi les premier et deuxième orifices (13, 14) des première et deuxième pièces (10, 11) de manière à mettre l’emboutisseur (12) en contact avec la partie du substrat à évider (8) pour la séparer de la partie du substrat à conserver (9).
10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les première et deuxième pièces (10, 11) enserrent le substrat (4) lors de l’emboutissage.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 10, dans lequel l’emboutissage comprend un placement de la surface principale (5) du substrat en regard de l’emboutisseur (12).
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 , dans lequel l’initialisation comporte une mise en contact de la surface principale (5) du substrat (4) avec la première pièce (10) et dans lequel la première pièce (10) porte le substrat (4).
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel l’initialisation comprend un montage de manière amovible de l’une parmi les première et deuxième pièces (10, 11) sur l’autre parmi les première et deuxième pièces (10, 11).
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, comprenant, avant l’initialisation, une étape de génération de la tranchée (7) sur la surface principale
(5) du substrat (4).
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