EP4732342A1 - Procédé de fabrication d'un module photovoltaïque par thermoformage d'un empilement multicouche - Google Patents

Procédé de fabrication d'un module photovoltaïque par thermoformage d'un empilement multicouche

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EP4732342A1
EP4732342A1 EP24736352.6A EP24736352A EP4732342A1 EP 4732342 A1 EP4732342 A1 EP 4732342A1 EP 24736352 A EP24736352 A EP 24736352A EP 4732342 A1 EP4732342 A1 EP 4732342A1
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EP
European Patent Office
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multilayer stack
mold
membrane
temperature
equal
Prior art date
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Application number
EP24736352.6A
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Inventor
Aude Derrier
Benjamin Commault
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Abstract

Procédé de fabrication d'un module photovoltaïque, le procédé comportant : i) une mise en place d'un empilement multicouche (1) entre un moule (2) et une membrane (3) déformable, l'empilement multicouche comportant à titre de composants, une feuille de face avant comportant au moins un polymère, une feuille de face arrière comportant au moins un polymère, au moins une feuille intermédiaire et au moins une cellule photovoltaïque prises en sandwich entre la feuille de face avant et la feuille de face arrière, ii) un thermoformage de l'empilement multicouche comportant - l'application d'une pression de fluide sur la face de la membrane opposée à l'empilement multicouche, pour mettre en forme l'empilement multicouche contre le moule et la membrane, - le chauffage de l'empilement multicouche à une température adaptée à lier ensemble les composants de l'empilement multicouche de manière à former le module photovoltaïque, et - le refroidissement du module photovoltaïque et la suppression de la pression de fluide.

Description

Description
Titre : Procédé de fabrication d’un module photovoltaïque par thermoformage d’un empilement multicouche
La présente invention concerne la fabrication d’un module photovoltaïque, en particulier présentant une forme tridimensionnelle complexe, notamment courbée.
Afin de préserver au mieux l’espace naturel non aménagé, il est nécessaire pour déployer en nombre des modules photovoltaïques, d’intégrer ces derniers dans les surfaces déjà existantes, par exemple de bâtiments, d’infrastructures, de biens de consommation et dans le domaine de la mobilité (véhicules).
Toutefois, ces intégrations nécessitent que la forme et la masse des modules photovoltaïques soient adaptées au support destiné à les porter. Il est en outre nécessaire, pour chaque module photovoltaïque, de garantir une performance et une durabilité conforme aux réglementations en vigueur et de réduire l’empreinte environnementale correspondante pour répondre à l’objectif « carbone net zéro » en 2035.
Les modules photovoltaïques connus comportent généralement plusieurs cellules photo voltaïques, aptes à convertir un flux lumineux en un courant électrique, qui sont encapsulées dans un laminé.
Le laminé comporte classiquement :
- une face avant destinée à être disposée face au rayonnement solaire incident sur les cellules photovoltaïques et qui est définie par une plaque de verre trempé thermiquement, d’une épaisseur supérieure à 2 mm, généralement comprise entre 2,8 mm et 6 mm,
- une face arrière multicouche, comportant généralement du polyfluorure de vinyle, par exemple commercialisé sous la dénomination TEDLAR©,
- des cellules photovoltaïques enrobées par deux films d’adhésion, dits d’encapsulation, généralement en éthylène- acétate de vinyle, disposées entre les faces avant et arrière.
Le module photovoltaïque peut en outre comporter un cadre en aluminium, qui porte le laminé et une boite de jonction qui permet d’intégrer une protection de type diodes by-pass ou MOSFETs ou un circuit électronique. La boite de jonction permet également de connecter électriquement plusieurs modules photovoltaïques entre eux. La mise en œuvre d’une plaque de verre trempé épaisse de face avant n’est cependant pas compatible avec des applications où la légèreté du module photovoltaïque est requise.
Pour alléger le laminé, il peut être envisagé d’amincir la plaque de verre trempé à une épaisseur inférieure à 2 mm, ou de la remplacer par une feuille polymérique, faite par exemple de PVDF, ETFE, ECTFE, ou FEP, ou par une feuille en un matériau composite à base de fibres de verre immergées dans une résine époxy.
Le laminé est obtenu par un procédé de lamination à chaud à une température de 150 °C environ. Le procédé de lamination présente cependant plusieurs inconvénients. Il requiert notamment que la phase de chauffage et de compression du laminé et la phase de refroidissement successif soient effectuées dans des dispositifs différents. En outre, le contrôle de la vitesse de refroidissement après lamination est difficile, ce qui complexifie la mise en œuvre de ce procédé avec des polymères thermoplastiques qui peuvent cristalliser, devenir blanchâtres, plus diffuser la lumière et présenter une plus faible transparence lors du refroidissement. En outre, généralement le chauffage du laminé est effectuée au moyen d’un circuit d’huile dont le point d’éclair est au plus de 194°C. Le procédé de lamination à chaud ne permet donc pas de mettre en forme des matériaux polymères pour lesquelles des températures de mise en forme supérieures à 180 °C, sont nécessaires. Enfin, le procédé de lamination à chaud ne permet de fabriquer que des modules photovoltaïques de forme plane.
Par ailleurs, pour produire des modules présentant des formes tridimensionnelles complexes, en relief, et notamment dotées d’une ou plusieurs courbures, il est connu de mettre en œuvre des procédés tels que le moulage sous sache, le moulage sous autoclave, le moulage par transfert de résine, connu sous l’acronyme moulage RTM, le moulage par injection-réaction, aussi connu sous l’acronyme moulage RIM. Cependant, ces procédés requièrent des temps de mise en œuvre longs qui les rend peu efficaces et compétitifs industriellement.
Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé de fabrication d’un module photovoltaïque qui s’affranchisse, au moins en partie, des inconvénients de l’art antérieur.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un module photo voltaïque, le procédé comportant : i) une mise en place d’un empilement multicouche entre un moule et une membrane déformable, l’empilement multicouche comportant à titre de composants, une feuille de face avant comportant au moins un polymère, une feuille de face arrière comportant au moins un polymère, au moins une feuille intermédiaire et au moins une cellule photovoltaïque prises en sandwich entre la feuille de face avant et la feuille de face arrière, ii) un thermoformage de l’empilement multicouche comportant
- l’application d’une pression de fluide sur la face de la membrane opposée à l’empilement multicouche, pour mettre en forme l’empilement multicouche contre le moule et la membrane,
- le chauffage de l’empilement multicouche à une température adaptée à lier ensemble les composants de l’empilement multicouche de manière à former le module photo voltaïque, et
- le refroidissement du module photovoltaïque et la suppression de la pression de fluide.
Le procédé selon l’invention permet de fabriquer un module photo voltaïque présentant une forme en relief, en appliquant une pression uniforme sur l’empilement multicouche. On évite ainsi d’appliquer des contraintes localement élevées qui pourraient endommager les cellules photo voltaïques. Par ailleurs, comme cela apparaîtra par la suite, le procédé selon l’invention permet de mettre en œuvre une importante variété de matériaux polymériques, par exemple du PA, du PC, du PP, du PET G ou du PMMA, notamment qui requièrent des températures de mise en forme supérieures à 170 °C. Enfin, la mise en œuvre du procédé permet de réutiliser le moule et la membrane pour fabriquer plusieurs modules photo voltaïques et la durée de fabrication d’un module photo voltaïque est plus rapide qu’avec les procédés de moulage sous sache, de moulage RIM et de moulage RTM de l’art antérieur.
Des dispositifs comportant un moule et une membrane pour mettre en œuvre le thermoformage de pièces sont décrits par exemple dans WO 2009/125079 A2, WO 2012/131112 A2 et WO 2013/190020 Al, incorporés par référence.
Sauf mention contraire, les pressions exprimées dans la présente description et dans les revendications sont absolues.
La membrane est notamment apte à épouser la forme de la face du moule contre laquelle est vient appuyer l’empilement multicouche.
De préférence, la température du moule est inférieure à 50 °C, de préférence inférieure à 30 °C, préalablement à la mise en place de l’empilement multicouche entre le moule et la membrane. De préférence, le procédé comporte la mise sous vide, à une pression de vide résiduel inférieure ou égale à 1000 Pa, de l’espace intérieur délimité par le moule et la membrane et dans lequel l’empilement multicouche est logé et, optionnellement, de l’espace délimité par la face de la membrane sur laquelle la pression de fluide est appliquée. La mise sous vide permet d’évacuer l’air et d’éviter que des bulles de gaz soient piégées entre les composants de l’empilement multicouche, et dégradent les propriétés du module photovoltaïque en y facilitant la pénétration d’humidité et/ou en agissant comme zone d’initiation de délamination entre les composants.
De préférence, la pression de vide résiduel est inférieure ou égale à 1000 Pa, de préférence inférieure ou égale à 300 Pa, voire inférieure ou égale à 100 Pa.
Le chauffage de l’empilement multicouche peut être initié avant ou conjointement ou postérieurement à la mise sous vide de l’espace intérieur.
De préférence, la pression de vide résiduel est atteinte avant que la température de la feuille intermédiaire soit d’au moins 90 °C, voire d’au moins 80 °C. Cela permet au gaz contenu entre les composants de l’empilement multicouche d’être évacué de l’espace intérieur avant que la feuille intermédiaire ne fonde sous l’effet de sa température. La température de la feuille intermédiaire est par exemple déterminée à partir d’une mesure effectuée au moyen d’un empilement multicouche d’étalonnage équipé d’un thermocouple disposé au contact de la feuille intermédiaire et qui a été soumis préalablement à l’étape ii) de thermoformage, ou à partir du résultat d’une modélisation thermique du thermoformage de l’empilement multicouche, par exemple par la méthode des éléments finis.
De préférence, la pression de vide résiduel est atteinte pendant que la pression de fluide appliquée sur la membrane est inférieure ou égale à 20 kPa, voire avant l’application de la pression de fluide sur la membrane, afin d’éviter la formation de bulles de gaz emprisonnées dans le module photovoltaïque et/ou de réduire le risque d’endommagement de la ou des cellules photo voltaïques.
En particulier, la durée de mise sous vide pour abaisser la pression dans l’espace intérieur, de la pression atmosphérique à la pression de vide résiduel, peut être inférieure à 60 s, de préférence inférieure à 30 s.
De préférence, le procédé comporte le chauffage au moins du moule afin d’élever la température de l’empilement multicouche. Le chaleur du moule est alors transférée à l’empilement multicouche, notamment par rayonnement et/ou conduction. De préférence, le chauffage du moule est effectué par induction électromagnétique, ce qui permet de localiser le chauffage à l’interface entre le moule et l’empilement multicouche et que la température de ladite interface soit sensiblement uniforme. La différence entre la température du moule et la température de l’empilement multicouche à ladite interface est de préférence inférieure ou égale à 5 °C, en valeur absolue.
De préférence, le chauffage du moule comporte une étape d’élévation de température, à partir de la température du moule lors de la mise en place de la place de l’empilement multicouche jusqu’à une température de maintien suivie d’une étape de maintien à la température de maintien.
L’étape d’élévation de température peut être effectuée à une vitesse comprise entre 1,8 °C. s’1 et 2,5 °C.s’1.
La température de maintien peut être supérieure ou égale à 170 °C, voire supérieure ou égale à 180 °C, voire supérieure ou égale à 200 °C, voire supérieure ou égale à 220°C, voire supérieure ou égale à 250 °C, voire supérieure ou égale à 280 °C, voire supérieure ou égale à 300 °C.
La durée de l’étape de maintien peut être comprise entre 1 minute et 15 minutes, de préférence entre 8 minutes et 12 minutes, mieux entre 3 minutes et 5 minutes.
De préférence, la pression de fluide est appliquée sur la membrane après que le chauffage de l’empilement multicouche a été initié, de manière à limiter le risque d’endommagement, voire de rupture, des cellules photo voltaïques. De préférence, l’application de la pression de fluide sur la membrane est opérée après que la température du moule a atteint la température de maintien.
La pression de fluide appliquée sur la membrane est supérieure ou égale à la pression atmosphérique. Elle est de préférence supérieure à 100 kPa, de préférence supérieure à 200 kPa. De préférence, elle est supérieure ou égale à 300 kPa, voire supérieure ou égale à 400 kPa. En outre, elle est de préférence inférieure ou égale à 2000 kPa, voire inférieure ou égale à 700 kPa, voire inférieure ou égale à 600 kPa.
La pression de fluide peut être appliquée sur la membrane pendant une durée comprise 1 minute et 15 minutes, notamment entre 3 minutes et 5 minutes.
Le fluide mis en œuvre pour appliquer la pression de fluide peut être un liquide ou un gaz. De préférence, le fluide est un gaz, par exemple de l’air. De préférence, le moule photovoltaïque est refroidi entre la membrane et le moule, et de préférence au contact de la membrane et du moule. Avantageusement, le chauffage de l’empilement multicouche, l’application de la pression de fluide et le refroidissement du module peuvent ainsi être mis en œuvre au sein du même dispositif. Cela rend le procédé selon l’invention plus simple de mise en œuvre, les dites étapes étant effectuées en un cycle, et plus efficace qu’un procédé de lamination de l’art antérieur qui nécessite des appareils différents pour chauffer et refroidir le module photo voltaïque.
De préférence, le refroidissement du module photo voltaïque est initié avant la suppression de la pression de fluide. On évite ainsi que le module photovoltaïque ne se déforme au cours du refroidissement, n’étant pas suffisamment contraint par la membrane.
De préférence, le procédé comporte le refroidissement du moule afin de refroidir le module photovoltaïque par échange de chaleur entre le moule et le module photo voltaïque. Le moule est par exemple refroidi par circulation d’un fluide caloporteur, par exemple de l’eau, au contact du moule. En particulier, le vitesse de refroidissement du moule peut être comprise entre 0,2 °C. s'1 et 2 °C. s'1 , de préférence entre 0,4 °C. s'1 et 1,6 °C. s'1, par exemple de 1,5 °C. s'1.
De préférence, la pression de fluide est maintenue sur la membrane pendant le refroidissement du module photo voltaïque au moins jusqu’à ce que la température de la feuille intermédiaire soit inférieure ou égale à 50 °C, voire inférieure ou égale à 30 °C. De cette façon, on assure que les propriétés mécaniques sont suffisantes dans le module photo voltaïque.
La rupture du vide dans l’espace intérieur, i.e. le retour à la pression atmosphérique à partir de la pression de vide résiduel peut être effectué à une vitesse supérieure à 100 kPa.s'1. De préférence, il est effectué à une vitesse comprise entre 0,8 kPa.s' 1 et 1,7 kPa.s'1.
De préférence, la pression de fluide est maintenue sur la membrane pendant la rupture du vide.
Le vide dans l’espace intérieur peut être rompu pendant ou après le refroidissement du module photo voltaïque.
La durée de l’étape ii) de thermoformage peut être comprise entre 1 minute et 15 minutes, de préférence comprise entre 3 minutes et 5 minutes. Postérieurement au refroidissement, le procédé peut comporter l’extraction du module photo voltaïque hors de l’espace intérieur.
La feuille de face avant est destinée, après obtention du module photovoltaïque à être disposée entre la source de rayonnement solaire et la cellule photo voltaïque.
De préférence, au moins une des feuilles choisies parmi la feuille de face avant et la feuille de face arrière est un multicouche.
De préférence, au moins une des feuilles choisies parmi la feuille de face avant et la feuille de face arrière comporte un polymère thermoplastique.
Le polymère thermoplastique peut présenter une température de fusion supérieure ou égale à 180 °C.
Le polymère thermoplastique est par exemple choisi parmi une polyoléfine (TPO), une résine époxy, le polypropylène (PP), le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle acrylique (PMMA), le polyester téréphtalate glycolisé (PET G), le polyamide (PA), le sulfure de polyphénylène (PPS) et leurs mélanges.
Par exemple :
- le polymère thermoplastique est une polyoléfine et le moule est maintenu à la température de maintien d’au moins 120 °C, par exemple pendant moins de 1 minute ; ou
- le polymère thermoplastique est une résine époxy et le moule est maintenu à la température de maintien d’au moins 190 °C par exemple pendant environ 3,5 minutes ; ou
- le polymère thermoplastique est un polypropylène et le moule est chauffé à la température de maintien d’au moins 225 °C, par exemple pendant environ 2 minutes ; ou
- le polymère thermoplastique est le PA6 et le moule est chauffé à la température de maintien d’au moins 260 °C, par exemple pendant environ 2,5 minutes ; ou
- le polymère thermoplastique est le PAI 1 ou le PA 12 et le moule est chauffé à la température de maintien d’au moins 290 °C, par exemple pendant environ 3 minutes ; ou
- le polymère thermoplastique est le PPS et le moule est chauffé à la température de maintien d’au moins 315 °C, par exemple pendant environ 3,5 minutes.
De préférence, au moins une des feuilles choisies parmi la feuille de face avant et la feuille de face arrière, de préférence la feuille de face arrière, comporte un matériau composite comportant des fibres de renforcement dispersées dans une matrice en un polymère, de préférence le polymère thermoplastique décrit ci-dessus, le matériau composite étant par exemple un tissé ou un non-tissé imprégné par le polymère. Les fibres de renforcement peuvent être des fibres de carbone, des fibres de verre ou des fibres textiles naturelles.
Dans un mode de mise en œuvre, le procédé comporte la fabrication de la feuille de face arrière par thermoformage tel que décrit à l’étape ii) d’une structure multicouche. Cela permet par exemple de préparer un empilement multicouche ayant une forme en relief.
Les conditions de chauffage de la structure multicouche, d’application de la pression de fluide sur la membrane et de refroidissement de la feuille de face arrière peuvent être identiques ou différentes des conditions de thermoformages de l’empilement multicouche. Par exemple, la feuille de face arrière et l’empilement multicouche peuvent être chauffés à des températures différentes.
La structure multicouche peut comporter plusieurs feuillets, au moins un des feuillets ayant été fabriqué par thermo formage tel que décrit à l’étape ii) d’un élément multicouche.
Par ailleurs, la cellule photovoltaïque comporte de préférence un semi- conducteur, notamment du silicium. En variante, elle peut être une cellule photovoltaïque organique ou perovskite ou CIGS. Par exemple, la cellule photo voltaïque peut être de type PERC, TopCOn, HJT, Tandem, IBC ou MWT.
L’empilement multicouche comporte de préférence plusieurs cellules photo voltaïques, de préférence disposées selon un agencement régulier selon au moins une direction dans un plan parallèle ou confondu avec le plan médian de l’empilement multicouche.
Par ailleurs, l’empilement multicouche peut présenter une forme plane ou complexe, notamment courbée. Notamment, l’empilement multicouche peut s’étendre selon une ou plusieurs directions courbes différentes les unes des autres. Il peut présenter au moins une surface présentant au moins relief en saillie et/ou au moins un relief en creux.
Selon un mode de réalisation préféré, l’empilement multicouche comporte, voire est constitué par :
- la feuille de face arrière multicouche qui comporte un pli comportant des feuillets, différents ou identiques, faits d’un tissé ou d’un tissu de fibres de carbone imprégnés dans un polymère thermoplastique,
- plusieurs feuilles intermédiaires faites chacune d’un film thermoplastique d’encapsulation,
- plusieurs cellules photovoltaïques reliées électriquement entre elles et qui sont chacune au contact des feuilles intermédiaires et prises en sandwich entre les feuilles intermédiaires,
- la feuille de face avant qui comporte, voire consiste en un polymère thermoplastique.
Le moule peut comporter au moins un relief en saillie et/ou au moins un relief en creux contre lesquels l’empilement multicouche vient en contact au cours du thermoformage.
Le moule peut être conformé pour que la forme du module photovoltaïque présente au moins une courbure.
Le moule est de préférence métallique, par exemple en un acier.
L’invention pourra maintenant être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et des exemples présentés à titre illustratif et non limitatif, et du dessin annexé dans lequel :
[Fig. 1] est une vue schématique et en coupe transversale d’un moule, d’une membrane, d’un empilement multicouche et du module photovoltaïque obtenu à différentes étapes d’un exemple de mise en œuvre du procédé ;
[Fig. 2] représente en fonction du temps t, exprimé en minutes, l’évolution de la température de consigne du moule Te exprimée en °C (échelle de gauche), de la pression dans l’espace intérieur Pi exprimé en mbar et de la pression de fluide Pf appliquée sur la membrane, exprimée en bar (échelle de droite);
[Fig. 3] représente l’évolution schématique de la température Tp de l’empilement multicouche en différentes positions selon l’épaisseur de l’empilement multicouche en fonction du temps t; et
[Fig. 4] et [Fig. 5] sont des photographies d’exemples d’une feuille de face arrière et d’une partie d’un empilement multicouche respectivement préalablement au thermoformage.
On a illustré sur la figure 1 de manière schématique différentes étapes d’un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention et sur les figures 2 et 3 l’évolution de différents paramètres opératoires du procédé.
Le procédé comporte le thermoformage d’un empilement multicouche 1 au moyen d’un moule 2 et d’une membrane 3. A l’étape i), comme illustré sur la figure 1 a), l’empilement multicouche est mis en place entre le moule et la membrane. La température du moule Tc et/ou la température de la membrane sont de préférence inférieure à 50 °C, de préférence à température ambiante.
Le thermoformage de l’empilement multicouche contre le moule est ensuite mis à en œuvre à l’étape ii).
Les bords latéraux 4 de la membrane sont amenés en contact avec le moule, puis le gaz contenu dans l’espace intérieur 5 délimité par la face intérieure 6 de la membrane et la face intérieure 7 du moule qui sont chacune en regard de l’empilement multicouche 1, est aspiré comme cela est illustré sur la figure 1 b).
L’aspiration dudit gaz peut être effectuée au moyen d’une pompe à travers des orifices qui débouchent par la face intérieure du moule.
L’aspiration du gaz induit une mise sous vide c])o de l’espace intérieur 5. La mise sous vide peut être opérée en deux étapes, comme cela est illustré sur la figure 2. La pression dans l’espace intérieur Pi peut d’abord est réduite de la pression atmosphérique à une pression intermédiaire Pint, par exemple de 300 Pa (3 mbar), puis à une pression de vide résiduel Pvr de 100 Pa (1 mbar).
Une température de consigne Tc est ensuite appliquée pour chauffer le moule. La chauffage du moule comporte une phase d’élévation c|) i de température, par exemple selon une rampe linéaire jusqu’à une phase de maintien c]>2 de la température, par exemple à 170 °C comme cela est illustré sur la figure 2. Une température de consigne plus élevée ou plus faible peut bien sûr être appliquée en fonction de la température de fusion des composants. Par ailleurs, la température de consigne Tc peut être appliquée au moule avant que la pression de vide résiduel ne soit atteinte. Le moule est de préférence chauffé par induction électromagnétique .
La température de l’empilement multicouche Tp est plus élevée auprès de ses faces en contact avec le moule et la membrane qu’au niveau de la ou des feuilles intermédiaires. Comme cela peut être observé sur la figure 3, dans l’exemple illustré, elle évolution sensiblement linéairement avec le temps, comme la température de consigne du moule.
La pression de fluide Pf est appliquée progressivement sur la face extérieure 8 de la membrane opposée à l’empilement multicouche, de préférence dès que la température de la feuille intermédiaire atteint 80 °C. Dans l’exemple illustré, elle est appliquée une fois que la température de consigne atteint la température de maintien du moule, et est constante, d’environ 350 kPa. En variante, un premier palier de pression de fluide intermédiaire peut être appliqué avant application de la valeur maximale de la pression de fluide, notamment pour réduire le risque de rupture de la ou des cellules photovoltaïques lors du chauffage des composants.
La pression de fluide déforme la membrane, dont la face intérieure 6 entre en contact avec la face en regard 9 de l’empilement multicouche. Elle déforme ainsi l’empilement multicouche qui entre en contact contre les reliefs en creux 10 et en saillie 11 de la face intérieure 7 du moule, comme illustré sur la figure 1 c).
La température de consigne Te du moule est maintenue à la température de maintien pendant une durée adaptée, par exemple comprise entre 180 °C et 260 °C de manière que les feuilles qui forment l’empilement multicouche soient liées irréversiblement de façon à obtenir le module photo voltaïque.
Le chauffage du moule est ensuite interrompu. Comme cela est illustré sur la figure 2, la température de consigne du moule peut être réduite linéairement. Le moule est refroidi au cours d’une phase c])3, par exemple par circulation d’eau. La pression de fluide est maintenue sur la membrane jusqu’à ce que la température de la feuille intermédiaire dans le module photovoltaïque soit inférieure à 50 °C, voire inférieure à 30 °C. Le module photo voltaïque peut alors extrait d’entre la membrane et le moule (phase c])4).
Exemple
On détaille ci-dessous un exemple de réalisation d’un empilement multicouche et de mise en œuvre du procédé selon l’invention pour fabriquer un module photo voltaïque.
La feuille de face arrière a été tout d’abord préparée par thermoformage d’une structure multicouche entre le moule et la membrane selon les étapes décrites ci-dessus.
La structure multicouche a été formée par la superposition des feuillets suivants les uns sur les autres.
Un premier feuillet a été obtenu à partir d’une ébauche constituée de trois plis chacun formé d’un non-tissé de fibres de carbones d’une masse surfacique de 300 g/m2 et préimprégné de polypropylène. L’ébauche a été mise en forme contre le moule et la membrane par thermoformage selon les étapes décrites ci-dessus, avec une application d’une pression de fluide de 700 kPa sur la membrane, un chauffage du moule à une température de consigne de 220 °C atteinte en 1 minute et 40 secondes, un maintien à la température de consigne pendant 4 minutes et un refroidissement du moule pendant 1 minute et 30 secondes jusqu’à une température de 30 °C. La pression de fluide a ensuite été supprimée et le premier feuillet mis en forme a été extrait d’entre le moule et la membrane.
Un deuxième feuillet a été obtenu à partir d’une ébauche constituée d’un pli fait d’un tissu de fibres de carbone d’une masse surfacique de 200 g/m2 et de deux feutres de polypropylène, chacun d’une épaisseur de 45 pm, de part et d’autre du tissu. Un film de polyoléfine transparent d’une épaisseur comprise entre 25 pm et 60 pm (d’une masse surfacique comprise entre 23 et 55 g/m2) a été disposée au contact de la face interne du moule pour améliorer l’adhésion ultérieure entre la feuille de face arrière et la feuille intermédiaire. L’ébauche a été mise en forme contre le moule et la membrane par thermoformage dans les mêmes conditions opératoires que le premier feuillet, à ceci près que la température de consigne était de 230 °C.
La feuille de face arrière, photographiée sur la figure 4, a ensuite été formée en empilant les premier et deuxième feuillets l’un sur l’autre. La structure multicouche résultante a été disposée en regard du moule et le deuxième feuillet en regard de la membrane. La structure multicouche a été mise en forme contre le moule et la membrane par thermoformage dans les mêmes conditions opératoires que le deuxième feuillet.
Un empilement multicouche a ensuite été préparé en superposant les feuilles suivantes dans l’ordre suivant:
- feuille de face avant fait d’un film à base de polyéthylène téréphtalate d’une épaisseur de 0,28 mm,
- deux feuilles intermédiaires, chacune d’une épaisseur de 600 pm, faites d’un encapsulant thermoplastique ayant un module de Young de 18 MPa,
- des cellules photovoltaïques, chacune d’une épaisseur comprise entre 0,14 mm à 0,18 mm et connectées électriquement entre elles par des rubans d’interconnexion d’épaisseur comprise entre 0,1 mm et 0,3 mm,
- une feuille intermédiaire d’une épaisseur de 600 pm, faite d’un encapsulant thermoplastique ayant un module de Young de 18 MPa, et
- la feuille de face arrière décrite ci-dessus.
L’empilement multicouche, photographié sur la figure 5, a été disposé entre le moule et la membrane, avec la feuille de face avant en regard de la face intérieure du moule. L’empilement multicouche a été mis en forme contre le moule et la membrane par thermoformage selon les étapes décrites ci-dessus. L’empilement multicouche a d’abord été mis sous vide dans l’espace intérieur à une pression de vide résiduel inférieure à 1 kPa pendant 3 minutes et 10 s. Le moule a été chauffé depuis 30 °C environ jusqu’à une température de consigne de 170 °C pendant 1 minute et 17 seconde puis maintenu à la température de consigne pendant 5 minutes. Une pression de fluide de 350 kPa a été appliquée sur la membrane 3 minutes et 10 secondes après le début de la chauffe du moule. Le moule a été refroidi pendant 1 minutes et 30 secondes. La pression de fluide a ensuite été supprimée et le module photo voltaïque ainsi fabriqué a été extrait d’entre le moule et la membrane.
Comme cela apparaît à la lecture de la présente description, l’invention permet de fabriquer un module photovoltaïque conformable présentant une forme tridimensionnelle complexe. Elle permet en outre l’emploi de polymères thermoplastiques qui ne peuvent être mis en œuvre par un procédé de lamination de l’art antérieur. Un panneau photo voltaïque d’une faible masse surfacique, inférieure à 5 kg/m2 et/ou présentant un aspect esthétique plaisant à l’œil, par exemple du fait de couleurs spécifiques choisies pour les polymères thermoplastiques ou du fait d’un effet esthétique procuré par les matériaux fibrées, peut ainsi être obtenu.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d’un module photo voltaïque, le procédé comportant : i) une mise en place d’un empilement multicouche (1) entre un moule (2) et une membrane (3) déformable, l’empilement multicouche comportant à titre de composants, une feuille de face avant comportant au moins un polymère, une feuille de face arrière comportant au moins un polymère, au moins une feuille intermédiaire et au moins une cellule photovoltaïque prises en sandwich entre la feuille de face avant et la feuille de face arrière, ii) un thermoformage de l’empilement multicouche comportant
- l’application d’une pression de fluide sur la face de la membrane opposée à l’empilement multicouche, pour mettre en forme l’empilement multicouche contre le moule et la membrane,
- le chauffage de l’empilement multicouche à une température adaptée à lier ensemble les composants de l’empilement multicouche de manière à former le module photo voltaïque, et
- le refroidissement du module photovoltaïque entre le moule et la membrane et la suppression de la pression de fluide, le refroidissement du module photovoltaïque étant initié avant la suppression de la pression de fluide.
2. Procédé selon la revendication 1, la température du moule étant inférieure à 50 °C, de préférence inférieure à 30 °C, préalablement à la mise en place de l’empilement multicouche entre le moule et la membrane.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, comportant la mise sous vide, à une pression de vide résiduel inférieure ou égale à 1000 Pa, de l’espace intérieur délimité par le moule et la membrane et dans lequel l’empilement multicouche est logé.
4. Procédé selon la revendication précédente, la pression de vide résiduel étant atteinte avant que la température de la feuille intermédiaire soit d’au moins 90 °C, voire d’au moins 80 °C.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, la pression de vide résiduel étant atteinte pendant que la pression de fluide appliquée sur la membrane est inférieure ou égale à 20 kPa, voire avant l’application de la pression de fluide sur la membrane.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le chauffage de l’empilement multicouche étant initié avant l’application de la pression de fluide sur la membrane.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant le chauffage au moins du moule, notamment par induction électromagnétique, afin d’élever la température de l’empilement multicouche.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la pression de fluide étant appliquée sur la membrane après que le chauffage de l’empilement multicouche a été initié.
9. Procédé selon la revendication précédente, le chauffage du moule comportant une étape d’élévation de température, à partir de la température du moule lors de la mise en place de la place de l’empilement multicouche jusqu’à une température de maintien suivie d’une étape de maintien à la température de maintien, la température de maintien étant de préférence supérieure ou égale à 170 °C, voire supérieure ou égale à 180 °C, voire supérieure ou égale à 200 °C, voire supérieure ou égale à 220°C, voire supérieure ou égale à 250 °C, voire supérieure ou égale à 280 °C, voire supérieure ou égale à 300 °C.
10. Procédé selon la revendication précédente, l’étape d’élévation de température étant effectuée à une vitesse comprise entre 1,8 °C. s'1 et 2,5 °C. s'1.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la pression de fluide étant maintenue sur la membrane pendant le refroidissement du module photo voltaïque au moins jusqu’à ce que la température de la feuille intermédiaire soit inférieure ou égale à 50 °C, voire inférieure ou égale à 30 °C.
12. Procédé selon quelconque des revendications précédentes, au moins une des feuilles choisies parmi la feuille de face avant et la feuille de face arrière étant un multicouche.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une des feuilles choisies parmi la feuille de face avant et la feuille de face arrière comportant un polymère thermoplastique, par exemple choisi parmi une polyoléfine (TPO), une résine époxy, le polypropylène (PP), le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle acrylique (PMMA), le polyester téréphtalate glycolisé (PET G), le polyamide (PA), le sulfure de polyphénylène (PPS) et leurs mélanges.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une des feuilles choisies parmi la feuille de face avant et la feuille de face arrière, de préférence la feuille de face arrière, comportant un matériau composite comportant des fibres de renforcement dispersées dans une matrice en un polymère, de préférence un polymère thermoplastique choisi parmi une polyoléfine (TPO), une résine époxy, le polypropylène (PP), le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle acrylique (PMMA), le polyester téréphtalate glycolisé (PET G), le polyamide (PA), le sulfure de polyphénylène (PPS) et leurs mélanges, le matériau composite étant par exemple un tissé ou un non-tissé imprégné par le polymère.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3098003B2 (ja) * 1998-09-24 2000-10-10 日清紡績株式会社 太陽電池におけるラミネート装置
US8389850B2 (en) * 2008-03-12 2013-03-05 Kyocera Corporation Solar cell module and method of manufacturing the same
FR2928808B1 (fr) 2008-03-17 2012-04-20 Roctool Dispositif de transformation de materiaux utilisant un chauffage par induction et des moyens de compactage deformables
EP2239789A1 (fr) * 2009-04-08 2010-10-13 SAPHIRE ApS Assemblage stratifié
JP6001050B2 (ja) 2011-04-01 2016-10-05 ロックツール 連続繊維、特に天然由来の繊維によって強化された熱可塑性基質を有する複合材料の部品を圧縮一体化するための装置および方法
EP2862415B1 (fr) 2012-06-19 2019-11-06 Roctool Moule à chauffage et refroidissement rapides
WO2015059875A1 (fr) * 2013-10-24 2015-04-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Procédé de fabrication de module solaire et appareil de fabrication de module solaire
JP6365321B2 (ja) * 2015-01-21 2018-08-01 株式会社豊田自動織機 太陽電池モジュールの製造方法
FR3074964B1 (fr) * 2017-12-07 2019-11-29 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Fabrication d'un sous-module a concentration utilisant les procedes d'assemblage du photovoltaique

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