FR2481522A1 - Solar cell mfr. using single firing step - by utilising simultaneously fireable screen printing inks for application of dopants, contacts, leads and encapsulant - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de fabrication de modules de cellules solaires
L'invention concerne un procédé de fabrication de modules de cellules solaires.Method for manufacturing solar cell modules
The invention relates to a method for manufacturing solar cell modules.
Un tel module se présente classiquement sous la forme d' un panneau dont la face avant est exposée au soleil. En partant de cette face il comporte successivement - une paroi avant transparente au rayonnement solaire, - des cellules photovoltaiques pouvant prendre par exemple la forme de disques de silicium qui sont disposés derrière cette paroi pour recevoir ce rayonnement et dans lesquels on a créé une jonction semiconductrice, avec une grille conductrice en face avant et un contact arrière sur chaque cellule pour collecter le courant électrique produit et des connexions entre grilles conductrices et contacts arrières de cellules voisines pour connecter les cellules en série, et parfois en parallèle, et une paroi protectrice arrière. Such a module is conventionally in the form of a panel whose front face is exposed to the sun. Starting from this face it successively comprises - a front wall transparent to solar radiation, - photovoltaic cells which can take, for example, the form of silicon discs which are arranged behind this wall to receive this radiation and in which a semiconductor junction has been created , with a conductive grid on the front and a rear contact on each cell to collect the electric current produced and connections between conductive grids and rear contacts of neighboring cells to connect the cells in series, and sometimes in parallel, and a rear protective wall .
D'autres structures de module sont cependant possibles,les cellules pouvant par exemple être protégées individuellement. Mais, quelle que soit sa structure, un tel module a pour fonction dtassurer l'assemblage, la protection et la connexion des cellules photovoltaiques qu'il comporte. Other module structures are however possible, the cells being able for example to be protected individually. However, whatever its structure, such a module has the function of ensuring the assembly, protection and connection of the photovoltaic cells that it comprises.
Ces cellules sont fabriquées, à partir de disques de silicium semi-conducteur d'un type de conductivité déterminé; par diffusion d'un élément de dopage du type opposé à partir d'une face du disque, de manière à réaliser une inversion du type de conductivité du semiconducteur sur une fraction de l'épaisseur du disque On crée ainsi une jonction semi-conductrice interne. Cette diffusion se fait à une température qui est de l'ordre de 900 à 11000C, et pendant une durée qui sont déterminées avec soin de manière à obtenir une bonne efficacité de conversion photovoltaique. Tout chauffage ultérieur à une température supérieure à 6500C risque d'altérer cette efficacité. These cells are made from semiconductor silicon discs of a specific type of conductivity; by diffusion of a doping element of the opposite type from a face of the disc, so as to invert the conductivity type of the semiconductor over a fraction of the thickness of the disc. An internal semiconductor junction is thus created . This diffusion takes place at a temperature which is of the order of 900 to 11000C, and for a period which are carefully determined so as to obtain good efficiency of photovoltaic conversion. Any subsequent heating to a temperature above 6500C may affect this efficiency.
La réalisation des modules se fait ultérieurement. Elle est délicate, meme si on dispose de cellules photovoltalques de bonne qualité. En effet ces modules doivent d'abord posséder de bonnes qualités de transmission de la lumière jusqu' aulx cellules, et du courant électrique à partir de ces cellules et entre celles ei. Ils doivent ensuite présenter une bonne tenue mécanique et une excellente étanchéité, c'est-à-dire garantir la protection physique et chimique des cellules et des connexions, de manière à assurer le maintien dans le temps des qualités optiques et électriques de l'ensemble. The modules are produced later. It is delicate, even if good quality photovoltaic cells are available. In fact, these modules must first have good qualities of transmission of light up to the other cells, and of the electric current from these cells and between them. They must then have good mechanical strength and excellent tightness, that is to say guarantee the physical and chemical protection of the cells and connections, so as to ensure maintenance over time of the optical and electrical qualities of the assembly. .
En ce qui concerne la réalisation des électrodes de collection du courant sur les cellules, c'est-à-dire de la grille conductrice et du contact arrière, il est connu d'utiliser des pâtes conductrices mises en oeuvre par sérigraphie. Le brevet français n0 2 348 897 du 21 avril 1976 a pour titre "Contacts ohmiques sur silicium à partir de pâtes sérigraphiables et procédé de mise en oeuvre" et décrit cette utilisation
Les pâtes sérigraphiables, servant à réaliser des couches épaisses conductrices, sont constituées principalement - d'un matériau actif, qui est généralement un métal conducteur finement divisé, ou un mélange de plusieurs métaux, - d'un matériau passif, tel qu'un verre de scellement, dont le rôle consiste lors de la cuisson de la pâte à rendre le conducteur solidaire du substrat choisi, - d'un liant temporaire organique, à propriétés thixotropiques, approprié à la sérigraphie et pouvant s'éliminer par pyrolyse sans charbonner, - et d'un solvant éliminable par séchage.As regards the production of electrodes for collecting the current on the cells, that is to say the conductive grid and the rear contact, it is known to use conductive pastes used by screen printing. French patent No. 2,348,897 of April 21, 1976 is entitled "Ohmic contacts on silicon from screen-printing pastes and process for implementation" and describes this use.
The screen-printing pastes used to make thick conductive layers consist mainly of - an active material, which is generally a finely divided conductive metal, or a mixture of several metals, - a passive material, such as a glass sealing, whose role consists in baking the dough to make the conductor integral with the chosen substrate, - a temporary organic binder, with thixotropic properties, suitable for screen printing and capable of being eliminated by pyrolysis without charcoal, - and a solvent which can be removed by drying.
La partie passive, à savoir le verre de scellement, présente un coefficient de dilatation aussi proche que possible de celui du silicium, et une faible température de scellement, obligatoirement inférieure à 650 C, afin de ne pas modifier les propriétés électriques et d'éviter la diffusion d'impuretés. Cette dernière obligation empêche de rapporcher autant qu'on le voudrait le coefficient de dilatation du verre de celui du silicium, ce qui compremet la fiabilité du scellement à long terme. The passive part, namely the sealing glass, has a coefficient of expansion as close as possible to that of silicon, and a low sealing temperature, necessarily below 650 C, so as not to modify the electrical properties and avoid the diffusion of impurities. This latter obligation prevents the glass expansion coefficient from being as close as possible to that of silicon, which compromises the reliability of long-term sealing.
En tant que liant temporaire, il est utilisé des mélanges simples et connus, comme par exemple une solution d'éthyl cellulose dans du terpinéol. Un tel liant s'élimine lorsqu'il est chauffé aux températures de cuisson de la pâte, sans laisser de résidu. As a temporary binder, simple and known mixtures are used, such as for example a solution of ethyl cellulose in terpineol. Such a binder is removed when it is heated to the cooking temperatures of the dough, without leaving a residue.
Dans la pâte sérigraphiable, avant cuisson, le liant temporaire peut représenter 10% à 35% en poids, par rapport aux matériaux actifs et passifs, bien que ces proportions puissent être adaptées à volonté pour modifier les propriétés rhéologiques de la pâte sérigraphiable. In the screen-printing paste, before baking, the temporary binder can represent 10% to 35% by weight, relative to the active and passive materials, although these proportions can be adapted at will to modify the rheological properties of the screen-printing paste.
Dans la pâte obtenue après cuisson, le matériau actif peut représenter de 90 à 99 % en poids, alors que le matériau passif peut représenter de 10 à 1 %.In the paste obtained after baking, the active material can represent from 90 to 99% by weight, while the passive material can represent from 10 to 1%.
En ce qui concerne la tenue mécanique, la rigidité du module peut être assurée par la paroi avant, qui prend la forme d'une plaque de verre plane et lisse sur la face arrière de laquelle sont collés ou scellés les autres éléments. La plaque avant du module est alors facilement nettoyée des poussières diverses par la pluie, ce qui lui conserve sa transparence et évite de coûteuses opérations d'entretien. With regard to the mechanical strength, the rigidity of the module can be ensured by the front wall, which takes the form of a flat and smooth glass plate on the rear face of which the other elements are glued or sealed. The front plate of the module is then easily cleaned of various dusts by rain, which keeps it transparent and avoids costly maintenance operations.
Un problème important posé par la fabrication des modules résulte du fait qu'ils sont soumis à des variations de température qui engendrent des dilatations différentielles périodiques. Il peut en résulter l'apparition de fractures qui constituent d'abord des interfaces optiques propres à réfléchir une fraction excessive du rayonnement reçu, donc à diminuer le rendement énergétique, et qui conduisent ensuite à l'introduction d'humidité, et donc à la dégradation des cellules. En se limitant ici au cas où la rigidité du module est assurée par la plaque avant, il est d'abord connu, pour résoudre ce problème, de choisir pour cette plaque un verre dont le coefficient de dilatation thermique soit voisin de celui des cellules. Ensuite diverses dispositions sont utilisées pour assurer la liaison entre la plaque avant et les cellules. An important problem posed by the manufacture of the modules results from the fact that they are subjected to temperature variations which generate periodic differential expansions. This can result in the appearance of fractures which firstly constitute optical interfaces capable of reflecting an excessive fraction of the radiation received, therefore of reducing the energy yield, and which then lead to the introduction of moisture, and therefore to the degradation of cells. By limiting ourselves here to the case where the rigidity of the module is ensured by the front plate, it is first known, to solve this problem, to choose for this plate a glass whose coefficient of thermal expansion is close to that of the cells. Then various arrangements are used to ensure the connection between the front plate and the cells.
L'une d'elles consiste à utiliser un matériau de liaison et d'encapsulation des cellules suffisamment souple pour que ses déformations absorbent sans dommage les différences de dilatation entre les divers éléments. Ce matériau peut être là encore une résine silicone moulable. One of them consists in using a material for binding and encapsulating the cells which is sufficiently flexible so that its deformations absorb without damage the differences in expansion between the various elements. This material can again be a moldable silicone resin.
(En fait, quelle que soit la nature des parois avant et arrière des modules photovoltalques, le matériau d'encapsulation des cellules actuellement le plus largement utilisé est ce type de résine). Ce matériau est cher et sa mise en oeuvre est relativement délicate et difficile à rendre automatique.(In fact, whatever the nature of the front and rear walls of the photovoltaic modules, the cell encapsulation material currently most widely used is this type of resin). This material is expensive and its implementation is relatively delicate and difficult to make automatic.
On a d'autre part proposé de lier des cellules de silicium à la plaque avant en verre par soudure électrostatique. Un tel procédé est encore expérimental. It has also been proposed to bond silicon cells to the glass front plate by electrostatic welding. Such a process is still experimental.
La présente invention a pour but d'obtenir que la fabrication de module de cellules solaires soit facile, fiable, automatique et peu coûteuse. The present invention aims to obtain that the manufacturing of solar cell modules is easy, reliable, automatic and inexpensive.
Elle a pour objet un procédé de fabrication de cellules solaires, caractérisé par le fait que l'on part de disques de silicium d'un seul type de conductivité, et dans un premier temps, l'on apporte par sérigraphie et impression d'encres dopantes et conductrices sur ces disques, d'une part un élément de dopage permettant d'inverser superficiellement le type de conductivité, d'autre part des éléments métalliques destinés à réaliser des contacts électriques sur ces disques, de manière à pouvoir, dans un second temps, réaliser simultanément d'une part la diffusion de l'élément de dopage dans le silicium à haute température, pour y former une jonction semi-conductrice, d'autre part le frittage des encres conductrices pour former les contacts des cellules. It relates to a process for manufacturing solar cells, characterized in that one starts from silicon discs of a single type of conductivity, and firstly, it is brought by screen printing and printing of inks doping and conductive on these discs, on the one hand a doping element allowing to surface invert the type of conductivity, on the other hand metallic elements intended to make electrical contacts on these discs, so as to be able, in a second time, simultaneously carry out on the one hand the diffusion of the doping element in silicon at high temperature, to form a semiconductor junction, on the other hand the sintering of the conductive inks to form the contacts of the cells.
Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de fabrication de modules de cellules solaires, un tel module comportant - des cellules photovol talque présentant la forme de disques de silicium comportant chacun une jonction semi-conductrice interne, et des contacts électriques superficiels pour collecter le courant produit, ces contacts étant une grille conductrice sur la face avant recevant le rayonnement solaire et un contact arrière sur la face arrière, - des connexions pour connecter électriquement ces cellules entre elles et à l'extérieur par l'intermédiaire de ces contacts, - et des couches de protection pour protéger ces cellules des intempéries, - le procédé de fabrication de modules comportant - des opérations de fabrication des cellules photovoltalques munies de leurs contacts, avec utilisation d'"encresw incluant un solvant éliminable par séchage, un liant organique éliminable par pyrolyse, et un élément permanent, - et des opérations d'assemblage de ces cellules, de mise en place des connexions et de mise en place des couches de protection, - et étant caractérisé par le fait que ces opération de fabrication des cellules sont les suivantes - dépôt, sur une face avant de disques de silicium d'un type de conductivité déterminé, d'une encre dopante dont l'élément permanent est un élément de dopage correspondant au type de conductivité opposé, et séchage de cette encre, - dépôt et séchage d'une encre "conductrice", l'élément permanent d'une telle encre contenant une poudre métallique, ce dépôt étant fait à travers un écran de sérigraphie en vue de former la grille conductrice sur cette même face avant, - dépôt et séchage d'une encre conductrice sur la face arrière des disques de silicium en vue de former le contact arrière, - pyrolyse des liants organiques de ces encres, - et chauffage des disques à haute température de manière à réaliser simultanément dsune part la diffusion superficielle dudit élément de dopage dans le silicium pour former ladite jonction semi-conductrice et d'autre part le frittage desdites encres conductrices pour former la grille conductrice et le contact arrière. It relates more particularly to a method for manufacturing solar cell modules, such a module comprising - talc photovoltaic cells having the form of silicon disks each comprising an internal semiconductor junction, and surface electrical contacts for collecting current product, these contacts being a conductive grid on the front face receiving solar radiation and a rear contact on the rear face, - connections for electrically connecting these cells to each other and to the outside via these contacts, - and protective layers to protect these cells from bad weather, - the method of manufacturing modules comprising - operations for manufacturing photovoltaic cells provided with their contacts, with the use of "inksw including a solvent which can be removed by drying, an organic binder which can be removed by pyrolysis, and a permanent element, - and operations to assemble these cells, from mi the connections and the installation of the protective layers are put in place, and being characterized by the fact that these cell manufacturing operations are as follows - deposition, on a front face, of silicon disks of a determined type of conductivity , of a doping ink, the permanent element of which is a doping element corresponding to the opposite type of conductivity, and drying of this ink, - deposition and drying of a "conductive" ink, the permanent element of such an ink containing a metallic powder, this deposit being made through a screen printing screen in order to form the conductive grid on this same front face, - deposition and drying of a conductive ink on the rear face of the silicon discs in order to form the rear contact, - pyrolysis of the organic binders of these inks, - and heating of the discs at high temperature so as to simultaneously produce on the one hand the surface diffusion of said doping element in silicon to form said rod semiconductor tion and secondly the sintering of said conductive inks to form the conductive grid and the rear contact.
Ce procédé comporte en outre avantageusement les étapes suivantes avant ladite opération de chauffage à haute température, - dépôt d'une encre de scellement, dont l'élément permanent est une poudre de verre, sur des zones d'une plaque de protection "avant" en verre sur lesquelles les cellules photovoltaïques doivent etre scellées, - élimination du solvant et du liant de cette encre, - et application des faces avant desdits disques sur ces zones, de manière que l'opération de chauffage à haute température réalise non seulement la diffusion de l'élément de dopage et la formation de la grille conductrice et du contact arrière, mais aussi le scellement des cellules sur cette plaque avant, ce qui réalise à la fois l'assemblage des cellules et la mise en place d'une couche de protection de leurs faces avant. This process also advantageously comprises the following steps before said high temperature heating operation, - depositing a sealing ink, the permanent element of which is a glass powder, on areas of a "front" protective plate glass on which the photovoltaic cells must be sealed, - elimination of the solvent and the binder of this ink, - and application of the front faces of said discs on these areas, so that the high-temperature heating operation not only achieves diffusion of the doping element and the formation of the conductive grid and the rear contact, but also the sealing of the cells on this front plate, which achieves both the assembly of the cells and the establishment of a layer of protection of their front faces.
Quoique l'expression "disque de silicium" employée ei-dessus corresponde à la forme circulaire habituelle des cellules photovoltaiques, il doit être compris qu'il pourrait tout aussi bien s' agir de formes différentes, par exemple de plaquettes rectangulaires. Although the expression "silicon disk" used above corresponds to the usual circular shape of photovoltaic cells, it should be understood that it could just as easily be different shapes, for example rectangular plates.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. Using the attached schematic figures, we will describe below without limitation, how the invention can be implemented. It should be understood that the elements described and shown can, without departing from the scope of the invention, be replaced by other elements ensuring the same technical functions. When the same element is represented in several figures, it is designated by the same reference sign.
La figure 1 représente une vue d'un module fabriqué selon l'invention, deux cellules de ce module étant représentées en coupe à deux niveaux selon la ligne A-A de la figure 2. FIG. 1 represents a view of a module manufactured according to the invention, two cells of this module being represented in section at two levels along the line A-A of FIG. 2.
La figure 2 représente une vue en perspective coupée d'une cellule du même module. FIG. 2 represents a cut perspective view of a cell of the same module.
Les figures 3 à 7 représentent des vues en perspective du module de la figure 1 à différentes étapes de sa fabrication. Figures 3 to 7 show perspective views of the module of Figure 1 at different stages of its manufacture.
La figure 8 représente une vue en perspective du module terminé, vu à travers la plaque avant transparente. FIG. 8 represents a perspective view of the finished module, seen through the transparent front plate.
Le procédé selon l'invention est facile à mettre- en oeuvre de manière automatique parce que, pour former les cellules avec leurs connexions électriques, et pour réaliser leur assemblage et leur protection, il fait une application nouvelle de diverses techniques connues indépendament, à savoir la sérigraphie et l'impression de verres de scellement et d'encres contenant des éléments permanents convenables, et la diffusion d'éléments de dopage à partir de la surface d'une plaquette semi-conductrice. The method according to the invention is easy to implement automatically because, to form the cells with their electrical connections, and to carry out their assembly and their protection, it makes a new application of various techniques known independently, namely screen printing and printing of sealing glasses and inks containing suitable permanent elements, and diffusion of doping elements from the surface of a semiconductor wafer.
Le module représenté sur les figures 1 et 2 comporte des cellules photovoltalques CP scellées à l'arrière d'une plaque avant PA. Au niveau de chaque cellule on trouve, à partir de cette plaque avant, une couche de verre de scellement AS, sensiblement coextensive à la cellule, une grille conductrice GC dont les intervalles sont remplis par la couche AS, puis le disque de silicium dans lequel une jonction semi-conductrice- a été formée pour lui permettre de constituer une cellule photovoltaiique, puis le contact arrière CA de cette cellule et enfin une couche de protection arrière PR en verre. The module represented in FIGS. 1 and 2 comprises photovoltaic cells CP sealed at the rear of a front plate PA. At each cell there is, from this front plate, a layer of sealing glass AS, substantially coextensive with the cell, a conductive grid GC, the intervals of which are filled by the layer AS, then the silicon disk in which a semiconductor junction was formed to enable it to constitute a photovoltaic cell, then the rear contact CA of this cell and finally a rear protective layer PR made of glass.
Des connexions CO sont réalisées entre la grille conductrice GC d'une cellule et le contact arrière CA d'une cellule voisine pour les mettre électriquement en série. Le contact entre une telle connexion CO et la grille GC est réalisé par l'intermédiaire d'un plot conducteur PC déposé contre la face arrière de la plaque avant PA et pénétrant entre la grille conductrice GC et cette plaque. Un plot isolant en verre est déposé entre la connexion CO et la plaque avant PA, sur le bord de la cellule CP dont le contact arrière CA est ainsi connecté de manière à isoler cette connexion CO du bord de cette cellule. CO connections are made between the conductive grid GC of a cell and the rear contact CA of a neighboring cell to put them electrically in series. Contact between such a connection CO and the grid GC is made by means of a conductive pad PC deposited against the rear face of the front plate PA and penetrating between the conductive grid GC and this plate. An insulating glass stud is deposited between the connection CO and the front plate PA, on the edge of the cell CP, the rear contact CA of which is thus connected so as to isolate this connection CO from the edge of this cell.
La couche de protection arrière PR recouvre l'ensemble et est scellée à la plaque avant PA sur les bords non représenté de celleci avec seulement deux passages étanches pour la connexion électrique du module à un circuit extérieurs
Les figures 3 à 8 montrent les principales étapes d'un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de fabrication d'un tel module selon l'invention.En partant d'une plaque avant en verre PA, ayant un coefficient de dilatation thermique voisin de celui du silicium, ces étapes principales sont 'les suivantes
A - Sur les cellules
- Sérigraphie du contact arrière CA (encre conductrice)
- Séchage (four à passage)
- Sérigraphie d'une couche d'encre dopante sur la face avant
- Séchage, pyrolyse et préfrittage
- Sérigraphie de la grille conductrice avant GC (encre conductrice)
- Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage)
B - Sur la plaque avant en verre
- Sérigraphie des couches de scellement AS (encre à base de verre
(fig.3)
- Séchage (four à passage)
- Sérigraphie des plots conducteurs PC (encre conductrice) (fiv.4)
- Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage)
C - Formation des cellules et assemblage
- Mise en place des cellules sur la plaque avant PA (fig.5)
- Chauffage à haute température sous pression pour assurer à
la fois la diffusion de l'élément de dopage, le frittage des
encres oonductrices et le scellement sur la face avant
- Impression des plots isolants en verre PI (encre à base de
verre) (fig.6)
- Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage)
- Impression des connexions CO entre plots conducteurs PC et
contacts arrière CA des cellules (encre conductrice) (fig.7)
- Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage)
- Pulvérisation d'un émail en face arrière pour former la couche PR
- Séchage, pyrolyse, frittage.The rear protective layer PR covers the assembly and is sealed to the front plate PA on the edges, not shown, of this with only two sealed passages for the electrical connection of the module to an external circuit.
Figures 3 to 8 show the main steps of a preferred embodiment of the method of manufacturing such a module according to the invention. Starting from a front plate made of PA glass, having a coefficient of thermal expansion similar from that of silicon, these main stages are 'the following
A - On the cells
- Screen printing of the rear AC contact (conductive ink)
- Drying (passage oven)
- Screen printing of a doping ink layer on the front
- Drying, pyrolysis and pre-sintering
- Screen printing of the conductive grid before GC (conductive ink)
- Drying, pyrolysis and pre-sintering (pass-through oven)
B - On the glass front plate
- Screen printing of AS sealing layers (glass-based ink)
(fig. 3)
- Drying (passage oven)
- Screen printing of PC conductive pads (conductive ink) (fiv. 4)
- Drying, pyrolysis and pre-sintering (pass-through oven)
C - Cell formation and assembly
- Installation of cells on the front plate PA (fig.5)
- High temperature heating under pressure to ensure
both the diffusion of the doping element, the sintering of
conductive inks and sealing on the front side
- Printing of insulating pads in PI glass (ink based on
glass) (fig. 6)
- Drying, pyrolysis and pre-sintering (pass-through oven)
- Printing of CO connections between PC conductor pads and
AC rear contacts of cells (conductive ink) (fig. 7)
- Drying, pyrolysis and pre-sintering (pass-through oven)
- Spraying an enamel on the rear face to form the PR layer
- Drying, pyrolysis, sintering.
La plaque avant PA peut être constituée par une plaque en verre du type connu sous la marque "Pyrex 732" de 3 à 6 mm d'épaisseur. The front plate PA can be constituted by a glass plate of the type known under the brand "Pyrex 732" from 3 to 6 mm thick.
Les cellules CP peuvent être des cellules au silicium monocristallin.CP cells can be monocrystalline silicon cells.
Elles présentent la forme de disques de 300 microns d'épaisseur, de 100 mm de diamètre. Elles peuvent être constituées à partir de disques homogènes de type N ou P. L'encre "dopante" utilisée pour la formation de la jonction semi-conductrice interne contient comme élément dopant soit du phosphore ou de l'arsenic pour réaliser un dopage superficiel de type N dans un disque de type P, soit du bore ou de l'aluminium pour réaliser un dopage de type P dans un-disque de type N.They have the form of discs 300 microns thick, 100 mm in diameter. They can be formed from homogeneous discs of type N or P. The "doping" ink used for the formation of the internal semiconductor junction contains as doping element either phosphorus or arsenic to carry out a surface doping of N type in a P type disc, either boron or aluminum to carry out P type doping in a N type disc.
On peut par exemple partir des disques de type P présentantune résistivité de 0,5 à 1 ohm centimètre, déposer une couche d'encre dopante contenant 2,5 à 5 x 10 8 grammes par centimètre carré de la surface du disque, cet élément étant le phosphore. Le chauffage à haute température destiné à assurer la diffusion de cet élément dure alors 30 à 45 minutes entre 1000 et 1100 C. For example, it is possible to start from type P discs having a resistivity of 0.5 to 1 ohm centimeter, to deposit a layer of doping ink containing 2.5 to 5 × 10 8 grams per square centimeter of the surface of the disc, this element being phosphorus. The high temperature heating intended to ensure the diffusion of this element then lasts 30 to 45 minutes between 1000 and 1100 C.
Les encres conductrices utilisées sont à base de poudre d'argent chimique ou éventuellement d'autres métaux et comportent de préférence une faible proportion de verre de l'ordre de 3%. The conductive inks used are based on chemical silver powder or possibly other metals and preferably contain a small proportion of glass of the order of 3%.
Le verre utilisé pour réaliser les couches de scellement AS peut, dans le cadre de la présente invention, être choisi parmi les verres qui se ramollissent à la haute température nécessaire à la diffusion de l'élément dopant. Ceci permet de choisir un verre présentant des caractéristiques particulièrement bonnes pour assurer un scellement permanent et fiable sur le silicium, ces caractéristiques étant surtout la proximité des coefficients de dilatation thermique et d'élasticité. The glass used to make the sealing layers AS can, in the context of the present invention, be chosen from glasses which soften at the high temperature necessary for the diffusion of the doping element. This makes it possible to choose a glass having particularly good characteristics for ensuring permanent and reliable sealing on silicon, these characteristics being above all the proximity of the coefficients of thermal expansion and elasticity.
Cet avantage tient au fait que l'opération de frittage du verre de scellement peut être réalisée en même temps que celle de diffusion, alors que, si cette opération de frittage avait du être réalisée après l'opération de diffusion, la nécessité de ne pas altérer les propriétés photovoltalques des cellules aurait obligé à choisir un verre se ramollissant à basse température.This advantage is due to the fact that the sintering operation of the sealing glass can be carried out at the same time as that of diffusion, whereas, if this sintering operation had to be carried out after the diffusion operation, the need not to altering the photovoltaic properties of the cells would have meant choosing a glass that would soften at low temperatures.
Les opérations de séchage peuvent être faites en étuves pendant 10 minutes à 1560C, pour éliminer les solvants organiques. Drying operations can be carried out in ovens for 10 minutes at 1560C, to remove organic solvents.
La pyrolyse peut durer 1 minute à 2100-4500C, pour éliminer les liants organiques, et le pré-frittage, 1 minute à 550-5000C. Pyrolysis can last 1 minute at 2100-4500C, to remove organic binders, and pre-sintering, 1 minute at 550-5000C.
Le scellement des disques de silicium et la réalisation de la liaison électrique entre la grille conductruces et les plots conducteurs sont obtenus par frittage de l'assemblage plaque de verre 2 disques de silicium, sous une pression comprise entre 0,25 et 1 Kg/cm2, dans les conditions de température et de durée choisies pour assurer la diffusion de l'élément dopant dans le silicium
Les essais ont montrés
- qu'il est nécessaire d'éliminer la totalité du liant organique avant d'effectuer l'opération de frittage final,
- qu'il est préférable d'effectuer un pré-frittage avant de réaliser l'assemblage disques de silicium-plaque de verre,
- que la pression de frittage est un paramètre plus critique pour la qualité des liaisons électriques que pour la qualité du scellement.The sealing of the silicon discs and the realization of the electrical connection between the conductive grid and the conductive pads are obtained by sintering the glass plate assembly 2 silicon discs, under a pressure between 0.25 and 1 Kg / cm2 , under the temperature and duration conditions chosen to ensure the diffusion of the doping element in the silicon
Tests have shown
- that it is necessary to remove all of the organic binder before carrying out the final sintering operation,
- that it is preferable to carry out a pre-sintering before carrying out the assembly of silicon discs and glass plate,
- that the sintering pressure is a more critical parameter for the quality of electrical connections than for the quality of sealing.
Ainsi, une pression trop élevée provoque une densification des dépôts conducteurs, ce qui peut être favorable à une réduction de la résistance électrique de couche, mais peut induire l'introduction de verre de scellement entre la grille et les plots conducteurs ou entre la grille et le disque de silicium.Thus, too high a pressure causes densification of the conductive deposits, which can be favorable to a reduction in the electrical resistance of the layer, but can induce the introduction of sealing glass between the grid and the conductive pads or between the grid and the silicon disc.
Les mesures des résistances de contact, à l'interface grille conductrice-plot conducteur, ont montré que ces résistances pouvaient être inférieures ou égales à quelques milliohms pour des conditions de frittage convenablement choisies. Ces valeurs sont dans une gamme acceptable pour réaliser l'interconnexion entre des cellules dans un module. Measurements of contact resistances, at the interface between the conductive grid and the conductive pad, have shown that these resistances can be less than or equal to a few milliohms for suitably chosen sintering conditions. These values are within an acceptable range for interconnection between cells in a module.
En plus du nombre restreint d'opérations qu'il comporte, ce procédé présente deux autres avantages. D'une part il permet, d'adapter les coefficients de dilation thermique et les modules d'élasticité des différents constituants. D'autre part, il est facilement automatisable et l'industrie électronique utilise très largement des machines à sérigraphier automatiquement permettant d'effectuer un millier d'impressions à l'heure
Il convient de noter que l'accrochage des cellules au moyen d'un verre de scellement peut être remplacé par un accrochage direct en utisant le procédé connu de "soudure électrostatique". En outre, on peut utiliser pour la protection arrière une feuille de matière plastique (exemple : polytéréphtalate d'éthylène, connu sous la marque "Mylar") formée et collée à chaud. In addition to the limited number of operations it involves, this method has two other advantages. On the one hand, it makes it possible to adapt the thermal expansion coefficients and the elasticity modules of the various constituents. On the other hand, it is easy to automate and the electronics industry very widely uses automatic screen printing machines allowing to make a thousand prints per hour.
It should be noted that the attachment of the cells by means of a sealing glass can be replaced by a direct attachment by using the known method of "electrostatic welding". In addition, it is possible to use for the rear protection a sheet of plastic material (example: polyethylene terephthalate, known under the brand "Mylar") formed and glued hot.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8009615A FR2481522A1 (en) | 1980-04-29 | 1980-04-29 | Solar cell mfr. using single firing step - by utilising simultaneously fireable screen printing inks for application of dopants, contacts, leads and encapsulant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8009615A FR2481522A1 (en) | 1980-04-29 | 1980-04-29 | Solar cell mfr. using single firing step - by utilising simultaneously fireable screen printing inks for application of dopants, contacts, leads and encapsulant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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FR2481522A1 true FR2481522A1 (en) | 1981-10-30 |
FR2481522B1 FR2481522B1 (en) | 1983-10-14 |
Family
ID=9241470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR8009615A Granted FR2481522A1 (en) | 1980-04-29 | 1980-04-29 | Solar cell mfr. using single firing step - by utilising simultaneously fireable screen printing inks for application of dopants, contacts, leads and encapsulant |
Country Status (1)
Country | Link |
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FR (1) | FR2481522A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2520558A1 (en) * | 1982-01-22 | 1983-07-29 | Comp Generale Electricite | Solar cell modular fabrication from silicon discs - in which discs are sealed to glass plate with intervening grid formed by conducting ink |
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EP0366236A2 (en) * | 1988-09-01 | 1990-05-02 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Method for manufacturing a thin-film solar cell tape resistant to flexion damage |
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- 1980-04-29 FR FR8009615A patent/FR2481522A1/en active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2481522B1 (en) | 1983-10-14 |
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