FR2514565A1 - SOLAR CELL ASSEMBLY AND METHOD OF FIXING AN OMNIBUS BAR TO A SOLAR CELL - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FIXATION DE BARRES OMNIBUS A UNE PILE SOLAIRE. LES BARRES OMNIBUS 30 SONT D'ABORD FIXEES PROVISOIREMENT PAR DES POINTS D'ADHESIF 36, CONSTITUES D'UN RUBANT AUTOCOLLANT DOUBLE FACE, SUR LA SURFACE PREMETALLISEE FORMANT UN RESEAU 32 D'ELECTRODES SUR LA PILE, PUIS L'ENSEMBLE EST IMMERGE DANS DE LA SOUDE QUI PENETRE PAR CAPILLARITE ENTRE LES BARRES OMNIBUS 30 ET LA SURFACE ADJACENTE DE LA PILE SOLAIRE AFIN QUE LES BARRES 30 SOIENT SOUDEES EN 34 AU RESEAU D'ELECTRODES 32. DOMAINE D'APPLICATION: PRODUCTION DE PANNEAUX SOLAIRES.THE INVENTION RELATES TO A PROCESS FOR FIXING OMNIBUS BARS TO A SOLAR BATTERY. THE OMNIBUS 30 BARS ARE FIRST ATTACHED PROVISIONALLY BY DOTS OF ADHESIVE 36, CONSTITUTED OF A DOUBLE-SIDED STICKER, ON THE PREMETALLIZED SURFACE FORMING A NETWORK 32 OF ELECTRODES ON THE BATTERY, THEN THE ASSEMBLY IS IMMERSE IN THE SODA WHICH PENETS BY CAPILLARITY BETWEEN THE OMNIBUS BARS 30 AND THE ADJACENT SURFACE OF THE SOLAR BATTERY SO THAT THE BARS 30 ARE WELDED AT 34 TO THE ELECTRODES NETWORK 32. FIELD OF APPLICATION: PRODUCTION OF SOLAR PANELS.
Description
2514565-2514565-
L'invention concerne les piles solaires, et plus particulièrement des piles solaires présentant un'réseau d'électrodes conductrices et des interconnexions à barres omnibus qui sont appliqués sur la pile solaire en une seule opération de soudage par immersion. Des dispositifs photovoltaiques tels que des The invention relates to solar cells, and more particularly to solar cells having a network of conductive electrodes and bus bar interconnects which are applied to the solar cell in a single immersion welding operation. Photovoltaic devices such as
piles solaires au silicium s'annoncent comme une alterna- silicon solar cells look like an alterna-
tive valable à la génération d'énergie à partir de combus- to the generation of energy from
tibles fossiles ne se régénérant pas L'énergie de la lumière (photons) arrivant sur la surface d'une pile solaire doit pénétrer dans la pile et être absorbée par cette dernière Fossil cells that do not regenerate The energy of the light (photons) arriving on the surface of a solar cell must enter the cell and be absorbed by it.
pour être convertie en un courant électrique Le courant - to be converted into an electric current The current -
électrique est conduit par des électrodes jusqu'à des barres omnibus qui sont reliées à des inter-connecteurs reliant de nombreuses piles les unes aux autres pour former un panneau solaire Dans l'art antérieur, des barres omnibus sont parfois fixées directement à la pile solaire par Electrical is driven by electrodes to bus bars which are connected to inter-connectors connecting many batteries to each other to form a solar panel. In the prior art, bus bars are sometimes attached directly to the solar cell. by
chauffage par induction ou par d'autres moyens de soudage. heating by induction or other welding means.
Des conducteurs aboutissant aux connexions communes sont Drivers leading to common connections are
également parfois soudées ldirectement sur la pile solaire. also sometimes soldered directly to the solar cell.
Ceci a pour inconvénient dé soumettre la pile solaire à une étape de chauffage supplémentaire et à une contrainte This has the disadvantage of subjecting the solar cell to an additional heating step and to a constraint
thermique supplémentaire Il peut en résulter une détério- additional heat may result in a deterioration
ration de la pile solaire Par contre, selon l'invention, les barres omnibus sont fixées par un procédé de soudage par immersion et constituent un moyen pour interconnecter des piles sans soumettre par ailleurs ces dernières à un' chauffage risquant de les détériorer Tout risque de fissuration de la pile solaire est éliminé ou notablement réduit Selon l'invention, les barres omnibus dépassent de la périphérie de la pile solaire et servent donc d'inter-connecteurs pour relier électriquement les piles solaires entre elles, éliminant ainsi le soudage direct sur la pile solaire De plus, la présente invention concerne également un moyen permettant de fixer les barres omnibus et de réaliser une grille conductrice prémétallisée en une seule opération On the other hand, according to the invention, the bus bars are fixed by a dip-welding process and constitute a means for interconnecting batteries without otherwise subjecting them to a heating which risks damaging them. cracking of the solar cell is eliminated or significantly reduced According to the invention, the bus bars protrude from the periphery of the solar cell and thus serve as inter-connectors for electrically connecting the solar cells to each other, thereby eliminating direct welding on the solar cell. In addition, the present invention also relates to a means for fixing the bus bars and producing a premetallized conductive gate in a single operation.
d'immersion dans la soudure.immersion in the weld.
Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Ne 3 553 030 et No 4 312 692 décrivent respectivement l'utilisation d'adhésifs pour fixer des composants électriques à des substrats avant le soudage Ces brevets décrivent en général le recouvrement par de la soudure du composant collé De US Pat. Nos. 3,553,030 and 4,312,692 disclose, respectively, the use of adhesives for attaching electrical components to substrates prior to welding. These patents generally disclose coating by solder of the component pasted From
grandes surfaces de substrat sont revêtues d'adhésifs quiem- large substrate surfaces are coated with adhesives that
pêchent la soudure de s'infiltrer au-dessous du composant par capillarité Habituellement, seule la périphérie du composant est fixée directement au substrat Ce type d'adhérence ne réalise pas une liaison mécanique robuste allow the weld to infiltrate below the component by capillarity Usually, only the periphery of the component is fixed directly to the substrate This type of adhesion does not achieve a robust mechanical connection
et une bonne connexion électrique.and a good electrical connection.
Par contre, la présente invention utilise un adhésif auto-collant à haute température et double face appliqué par points entre le barre omnibus et la surface de la pile solaire Cette application par points laisse un jeu permettant à la soudure de s'écouler par capillarité entre la face inférieure de la barre omnibus et la surface de la pile solaire En pratique, la totalité de la face inférieure de la barre omnibus est reliée mécaniquement et électriquement à la surface de la pile solaire, réalisant ainsi une connexion très robuste L'adhésif auto-collant On the other hand, the present invention uses a double-sided, high-temperature, self-adhesive adhesive applied by points between the bus bar and the surface of the solar cell. This dot application leaves a clearance allowing the solder to flow by capillarity between the underside of the bus bar and the surface of the solar cell In practice, the entire underside of the busbar is mechanically and electrically connected to the surface of the solar cell, thus achieving a very robust connection. -tights
selon l'invention présente également l'avantage supplémen- according to the invention also has the added advantage of
taire de ne pas nécessiter une étape séparée de durcisse- not to require a separate hardening step.
ment pour être fixé en position, comme décrit dans le to be fixed in position, as described in
brevet No 3 553 030 précité.aforementioned Patent No. 3,553,030.
L'adhésif haute température selon l'invention The high temperature adhesive according to the invention
résiste à l'attaque par le bain de soudure fondu, et l'appli- resists attack by the molten solder bath, and the application
cation par deux faces offre une facilité de pose qui two-sided cation provides easy laying
n'existe pas dans l'art antérieur.does not exist in the prior art.
L'invention concerne un procédé de pose de barres omnibus sur une surface de pile solaire, qui comprend les étapes consistant à fixer par points les barres omnibus à la pile solaire et à souder par immersion la pile solaire à laquelle les barres omnibus sont fixées, de manière que la soudure s'écoule entre les barres omnibus et la pile solaire par capillarité La fixation par points laisse un jeu entre les barres omnibus et la surface de la pile solaire pour permettre à la soudure fondue de s'écouler entre elles La liaison réalisée par la soudure entre les barres omnibus et la surface de la pile solaire accroit la robustesse de la liaison mécanique et électrique réalisée entre les barres omnibus et la surface conductrice de la The invention relates to a method for laying bus bars on a solar cell surface, which comprises the steps of setting the bus bars to the solar cell by spot and to immersion welding the solar cell to which the bus bars are attached, in such a way that the solder flows between the bus bars and the solar cell by capillarity The point fixing leaves a gap between the bus bars and the surface of the solar cell to allow the molten solder to flow between them. by the welding between the bus bars and the surface of the solar cell increases the robustness of the mechanical and electrical connection between the bus bars and the conductive surface of the bus.
pile solaire.solar cell.
La surface supérieure de la pile peut comporter- The upper surface of the stack may comprise-
une surface conductrice constituant une grille Un réseau a conductive surface constituting a grid A network
en grille prémétallisé est rendu conducteur par l'applica- pre-metallized grid is made conductive by the application
tion de la soudure qui sert également à fixer, en même temps, les barres omnibus à la pile solaire Les barres omnibus peuvent être fixées par points à la pile solaire au moyen d'un adhésif double face dans la forme préférée weld connection which also serves to fix the busbars at the same time to the solar cell The busbars can be fixed in points to the solar cell by means of a double-sided adhesive in the preferred form
de réalisation.of realization.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullements limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'une pile The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples and in which: FIG. 1 is a top view of a stack
solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées confor- solar system to which bus bars are fixed in accordance
mément à l'invention; les figures 2 et 3 sont des coupes transversales à échelle agrandie de la pile solaire au cours d'étapes successives de la technique de fabrication; la figure 4 est une coupe transversale à échelle agrandie d'une variante d'une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées par la mise en oeuvre du procédé de l'invention; la figure 5 est une coupe à échelle agrandie suivant la ligne 5-5 de la figure 1, montrant une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées par le procédé de l'invention; et la figure 6 est une coupe transversale à échelle agrandie de deux piles solaires interconnectées conformément according to the invention; Figures 2 and 3 are cross-sections on an enlarged scale of the solar cell during successive steps of the manufacturing technique; Figure 4 is an enlarged cross section of a variant of a solar cell to which bus bars are fixed by the implementation of the method of the invention; Fig. 5 is an enlarged sectional cut along the line 5-5 of Fig. 1, showing a solar cell to which bus bars are fixed by the method of the invention; and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of two interconnected solar cells in accordance with FIG.
à la présente invention.to the present invention.
L'invention concerne donc une pile solaire The invention thus relates to a solar cell
présentant un réseau particulier d'électrodes et un agence- having a particular network of electrodes and an agency
ment particulier de barres omnibus, ainsi qu'un procédé de fixation du réseau d'électrodes et des barres omnibus of bus bars, as well as a method of fixing the electrode array and bus bars
à la pile solaire en une seule opération permettant l'inter- to the solar cell in a single operation allowing the inter-
connexion de piles solaires, sans refusion de la matière connection of solar cells, without reflow of the material
conductrice du courant électrique (par exemple de la sou- conductor of the electric current (for example from the
dure) qui fixe les barres omnibus à la pile et forme les hard) which fixes the bus bars to the stack and forms the
électrodes de la pile.electrodes of the battery.
La figure 1 est une vue de dessus d'une pile solaire dont le réseau d'électrodes et les barres omnibus FIG. 1 is a top view of a solar cell including the array of electrodes and the bus bars
ont été réalisés conformément à la présente invention Les fi- have been made in accordance with the present invention.
gures 2 et 3 montrentcomment le réseau d'électrodes est formé. Figures 2 and 3 show how the electrode array is formed.
Les figures 4 et 5 montrent l'agencement des barres omnibus. Figures 4 and 5 show the arrangement of the bus bars.
La figure 6 montre l'interconnexion dé deux piles solaires. Figure 6 shows the interconnection of two solar cells.
Sur la figure 2, une tranche 8 de silicium, ayant une région 10 d'un premier type de conductivité, qui peut comprendre du silicium de type P ou de type N, est soumise à une diffusion pour former une région 12 de type de conductivité opposé à celui de la conductivité de la région 10 afin qu'il se forme une jonction semiconductrice autrement désignée jonction P-N (ou N-P) dans la zone de l'interface entre les régions 10 et 12 Les procédés de diffusion et de formation de jonctions sont bien connus de l'homme de l'art En outre, le procédé de l'invention peut être utilisé aussi bien sur des piles du type N/P In Fig. 2, a silicon wafer 8 having a region of a first conductivity type, which may comprise P-type or N-type silicon, is diffused to form a conductivity type region 12. opposite to that of the conductivity of the region 10 to form a semiconductor junction otherwise referred to as a PN (or NP) junction in the region of the interface between the regions 10 and 12. The diffusion and junction formation processes are Well known to those skilled in the art Furthermore, the method of the invention can be used both on N / P type batteries.
que sur des piles du type P/N.only on P / N batteries.
Comme représenté sur la figure 1, des électrodes 20 (six électrodes étant représentéesschématiquement) As shown in FIG. 1, electrodes 20 (six electrodes being shown chemically)
sont disposées perpendiculairement à des barres omnibus 30. are arranged perpendicularly to bus bars 30.
La surface totale occupée par les électrodes et les barres omnibus est d'abord rendue conductrice et soudable par dépôt d'une couche métallique convenable, par exemple du nickel, ou de toutes autres matières soudables convenables y compris de l'argent et du cuivre Des procédés pour déposer de telles couches métalliques, qui réalisent le contact électrique primaire avec le silicium, sont bien The total area occupied by the electrodes and the bus bars is first rendered conductive and weldable by depositing a suitable metal layer, for example nickel, or any other suitable weldable materials including silver and copper. methods for depositing such metal layers, which make the primary electrical contact with the silicon, are well
connus de l'homme de l'art.known to those skilled in the art.
A titre d'exemple, une mince couche 18 de nickel est déposée sans courant électrique Cette couche peut être insuffisamment conductrice pour servir d'électrodes convenables de transport de courant dans la plupart des applications des piles solaires Par conséquent, des secondes couches 20 et 21 formant des électrodes conductrices et For example, a thin layer 18 of nickel is deposited without electrical current. This layer may be insufficiently conductive to serve as suitable current-carrying electrodes in most solar cell applications. Therefore, second layers 20 and 21 forming conductive electrodes and
constituées d'un métal de conductivité électrique relative- consisting of a metal of relative electrical conductivity
ment élevée, peuvent être formées par immersion dans de la soudure, électrodéposition ou autre Dans une forme préférée de réalisation, la zone de la surface de la pile comprenant au moins l'électrode 18 de nickel est mise en contact avec un fondant de soudure, puis avec de la soudure en fusion pour former une couche 20 constituée de soudure après que les barres omnibus ont été fixées à la surface In a preferred embodiment, the area of the surface of the cell comprising at least the nickel electrode 18 is brought into contact with a solder flux, which can be formed by immersion in solder, electrodeposition or the like. then with molten solder to form a solder layer after the bus bars have been attached to the surface
du nickel.nickel.
La figure 5 représente en coupe l'agencement d'une barre omnibus Avant l'application de la soudure 20 sur-la pile comme décrit ci-dessus, les barres omnibus 30 sont fixées mécaniquement à une partie 32 du réseau d'électrodes revêtu de nickel Dans cette position fixe, les barres omnibus 30 et le réseau 32 revêtu de nickel situé FIG. 5 shows in section the arrangement of a bus bar. Before the application of the solder 20 to the stack as described above, the bus bars 30 are mechanically fixed to a portion 32 of the electrode array coated with nickel In this fixed position, the bus bars 30 and the network 32 coated nickel located
'4565'4565
au-dessous des barres omnibus sont co-linéaires et forment un intervalle entre eux La barre omnibus 30 est fixée au réseau 32 de nickel par un moyen résistant aux températures élevées Cette résistance aux températures élevées est demandée par le fait que la barre omnibus est fixée au réseau d'électrodes de nickel par une connexion électrique below the bus bars are co-linear and form a gap between them The busbar 30 is fixed to the network 32 nickel by a means resistant to high temperatures This resistance to high temperatures is required in that the bus bar is fixed to the network of nickel electrodes by an electrical connection
en même temps que la couche 20 d'électrodes est formée. at the same time as the electrode layer 20 is formed.
La matière conductrice du courant électrique est habituelle- The conductive material of the electric current is usually
ment appliquée ou formée à des températures élevées Par exemple, si la matière conductrice du courant électrique applied or formed at high temperatures. For example, if the conductive material of the electric current
est de la soudure 34 comme c'est le cas dans la forme pré- is solder 34 as is the case in the pre-form
férée de réalisation, les moyens pour fixer les barres omni- realization, the means for fixing the omni-
bus 30 au réseau 32 d'électrodes de nickel doivent opérer à une température d'environ 2000 C Les barres omnibus 30 peuvent être réalisées en toute matière soudable convenable, bien que les matières préférées soient le cuivre ou un Bus 30 to the network 32 of nickel electrodes must operate at a temperature of about 2000 C. The bus bars 30 may be made of any suitable weldable material, although the preferred materials are copper or a
alliage "Invar" revêtu de cuivre.alloy "Invar" coated with copper.
Un procédé préféré pour fixer les barres omnibus au réseau 32 d'électrodes de nickel consiste à coller les barres sur le nickel au moyen d'un ruban auto-collant double face 36 capable d'opérer dans la plage de température de 180 à 220 a C Un ruban de ce type comprend généralement une bande adhésive en polymère acrylique La bande 36 est appliquée sous une pression ferme exercée par intermittence le long des barres omnibus 30 Ces dernières sont ensuite fixées au réseau 32 d'électrodes de nickel à l'aide du ruban 36 La pile peut ensuite être soudée par immersion de manière que la soudure 34 remplisse l'espace formé entre les barres omnibus 30 et le réseau 32 d'électrodes de nickel, en plus de recouvrir le réseau d'électrodes restant afin que la soudure 20 et 34 forme un conducteur continu du point de vue électrique L'espace compris entre les barres omnibus et le nickel peut être rempli par capillarité par la soudure Un exemple de ruban acrylique convenable est le ruban adhésif acrylique "A-10 ISOTAC Type Y-9469 " de la firme 3 M Le ruban ne recouvre qu'une faible zone de la surface des barres omnibus et il subsiste sur la pile une fois qu'elle est achevée Le ruban ne nécessite pas de maturation et il réalise un coussin élastique qui élimine les contraintes internes entre les matières liées A preferred method for attaching the bus bars to the nickel electrode array 32 is to bond the bars to the nickel by means of a double-sided self-adhesive tape 36 capable of operating in the temperature range of 180 to 220 degrees. A tape of this type generally comprises an acrylic polymer adhesive strip. The strip 36 is applied under intermittent firm pressure along the bus bars. These are then attached to the nickel electrode array 32 using the The stack can then be dip-welded so that the solder 34 fills the space formed between the bus bars 30 and the network 32 of nickel electrodes, in addition to covering the remaining electrode array so that the solder 20 and 34 form an electrically continuous conductor The space between the bus bars and the nickel can be filled by capillarity by the solder An example of suitable acrylic tape is the 3M acrylic tape "A-10 ISOTAC Type Y-9469" The tape covers only a small area of the busbar surface and remains on the stack once it is completed. does not require maturation and provides an elastic cushion that eliminates internal stresses between related materials
ayant des propriétés de dilatation thermique différentes. having different thermal expansion properties.
Une autre conséquence de l'utilisation d'un adhésif acry- Another consequence of the use of an acrylic adhesive
lique est qu'il est constitué d'un polymère non corrosif, pratiquement inerte, à faible dégagement gazeux, possédant, It consists of a non-corrosive, substantially inert, low-gaseous polymer having,
de par sa nature, une stabilité et une résistance durables. by its nature, lasting stability and resilience.
Les figures 3 et 5 représentent une électrode ohmique et des barres omnibus 40 formées sur la surface inférieure, en même temps que la formation des couches 18 et 20 et les barres omnibus 30 Cependant, étant donné que la surface inférieure n'est pas exposée aux rayons solaires incidents, la couche 22 de nickel peut être une couche continue recouvrant totalement la surface inférieure de la région 10 Les barres omnibus 40 sont fixées à la couche 22 de nickel d'une façon similaire à celle utilisée sur le dessus de la pile Autrement dit, les barres omnibus 40 sont fixées à la couche 22 de nickel au moyen d'un ruban auto-collant double face 26 en polymère acrylique, placé par intermittence le long de ces barres La surface de la couche 22 de nickel est revêtue d'une matière 21 conductrice du courant électrique, par exemple de la soudure, et l'espace compris entre les barres omnibus 40 et la couche 22 de nickel est rempli d'une matière similaire 24 afin Figures 3 and 5 show an ohmic electrode and bus bars 40 formed on the lower surface, together with the formation of layers 18 and 20 and the bus bars 30, however, since the lower surface is not exposed to incident solar rays, the layer 22 of nickel may be a continuous layer completely covering the lower surface of the region 10 The bus bars 40 are fixed to the nickel layer 22 in a manner similar to that used on the top of the stack Otherwise said bus bars 40 are attached to the nickel layer 22 by means of a double-sided adhesive tape 26 of acrylic polymer, placed intermittently along these bars The surface of the nickel layer 22 is coated with a material 21 conducting the electric current, for example welding, and the space between the bus bars 40 and the nickel layer 22 is filled with a similar material 24 so
que la matière conductrice 21 et 24 forme une couche conti- that the conductive material 21 and 24 forms a continuous layer
nue du point de vue électrique.naked from the electrical point of view.
La figure 4 montre une autre forme de réalisation des barres omnibus 30 (seules les barres omnibus supérieures étant représentées) Dans ce cas, les barres peuvent être déformées autour du ruban pour réduire l'épaisseur du dép 8 t de soudure 34 qui s'écoule par capillarité entre les barres omnibus 30 et le réseau 32 d'électrodes de Figure 4 shows another embodiment of the bus bars 30 (only the upper bus bars being shown) In this case, the bars may be deformed around the tape to reduce the thickness of the solder discharge 8 t 34 by capillarity between the bus bars 30 and the electrode network 32 of
nickel Cette épaisseur réduite de la soudure réalise - nickel This reduced thickness of the weld achieves -
cependant une liaison mécanique et électrique robuste. however a robust mechanical and electrical connection.
Les barres omnibus 30 de la surface supérieure et les barres omnibus 40 de la surface inférieure de la pile 8 dépassent du bord de cette pile 8 sur une distance The bus bars 30 of the upper surface and the bus bars 40 of the lower surface of the stack 8 protrude from the edge of this stack 8 over a distance
suffisante pour permettre l'interconnexion de piles solaires. sufficient to allow the interconnection of solar cells.
Ces saillies 28 de la barre omnibus 30 et 42 de la barre omnibus 40 servent d'interconnexion reliant électriquement une pile solaire 8 à des piles solaires adjacentes (voir figure 6) si l'on utilise plus d'une pile solaire pour former un réseau Par conséquent, l'extrémité 28 de la barre omnibus 30 peut être reliée à l'extrémité 42 de la barre omnibus 42 sans provoquer une refusion de la soudure These projections 28 of the busbar 30 and 42 of the busbar 40 serve as interconnection electrically connecting a solar cell 8 to adjacent solar cells (see Figure 6) if more than one solar cell is used to form a network. Therefore, the end 28 of the bus bar 30 can be connected to the end 42 of the bus bar 42 without causing reflow of the weld
appliquée sur la pile 8.applied to the battery 8.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la pile décrite et représentée It goes without saying that many modifications can be made to the stack described and shown
sans sortir du cadre de l'invention. without departing from the scope of the invention.
,51 456 5, 51 456 5
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