FR2713018A1 - Procédé pour l'établissement de contacts sur des piles solaires à couches minces. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour l'établissement de contacts sur de piles solaires à couches minces. On forme une pile solaire à couches minces sur un substrat (1), que l'on structure sous la forme de bandes intégrées et que l'on raccorde en série, cette pile comportant des couches formant électrodes (2, 4) dont l'une au moins contient un oxyde conducteur transparent, le long des bords du substrat on dépose des bandes de contact (5, 6) au-dessus de la seconde couche d'électrode (4) et sur cette structure, on dépose un revêtement en utilisant une feuille adhésive l'état fondu 7. Application notamment à la fabrication de piles solaires.
Description
Procédé pour l'établissement de contacts sur des piles solaires à couches
minces On forme habituellement des piles solaires à couches minces directement
sur des substrats de surface étendue et on les structure d'une manière intégrée.
Au moins la couche formant électrode, située sur le côté d'incidence de la lumière, d'une pile solaire à couches minces, est constituée habituellement par un oxyde conducteur mince, notamment lorsque l'incidence de la lumière peut s'effectuer à travers un substrat transparent et à travers la première couche formant électrode, nécessairement transparente. Comme matériau pour les couches formant i0 électrodes transparentes, on peut utiliser par exemple de l'oxyde de zinc, de l'oxyde d'étain ou de l'oxyde d'indium et d'étain dopé par du fluor. En structurant les piles solaires à couches minces, on forme des cellules individuelles en forme de bandes qui sont raccordées en série. Le courant, qui est produit lors de l'incidence d'une lumière, peut être prélevé sur les deux cellules les plus
extérieures.
Des oxydes conducteurs comme, par exemple, l'oxyde de zinc possèdent une conductivité électrique seulement relativement faible. Pour maintenir à une faible valeur les pertes électriques dues à la résistance série élevée, il faut conserver la longueur la plus courte possible à la voie de courant dans les cellules. Il en résulte que l'on cherche à obtenir une largeur aussi faible que possible de la structure lors de la structuration sous la forme de bandes. Le prélèvement de courant au niveau des deux cellules extérieures en forme de bandes s'effectue autant que possible par l'intermédiaire d'un contact continu sur
toute la longueur de la cellule en forme de bande.
Pour l'établissement de contacts sur des piles solaires à couches minces en silicium amorphe, comportant des électrodes en oxyde de zinc, on utilisait jusqu'alors des contacts fixés par brasage. Cependant, il est nécessaire d'avoir à cet effet un support apte au brasage. Sur le substrat de la pile, on dépose à cet effet, avant le dépôt de couches formant électrodes et d'une couche semiconductrice active, une barre collectrice de courant, qui, d'une part, rend possible une fixation par brasage de la bande continue de contact sur toute la longueur de la cellule et, d'autre part, possède une conductivité supérieure à l'oxyde conducteur transparent utilisé. Ceci permet de maintenir à une faible valeur la perte liée à la résistance, même si la bande de contact n'est fixée par brasage
que de façon ponctuelle.
Le dépôt de ces barres collectrices de courant s'effectue habituellement selon un procédé de sérigraphie avec une pâte conductrice à l'argent, que l'on peut soumettre à la cuisson. Pour la fabrication des piles, on se trouve alors o confronté à quelques inconvénients. Pendant l'opération de cuisson de la pâte conductrice à l'argent, les plaques sont chauffées à une température supérieure au point de transformation du verre et sont précontraintes sous l'effet d'un refroidissement rapide, en sorte que l'on ne peut encore utiliser que les plaques précontraintes. En général il est possible d'éviter l'application d'une précontrainte grâce à l'utilisation d'un refroidissement lent du verre, mais ceci n'est pas économique. L'impression des barres collectrices de courant doit s'effectuer sur une longueur des bords de la pile de plus de I m, avec une faible tolérance, et ce avec un parallélisme entre les bords et par rapport aux bords du substrat afin que la structuration ultérieure de la pile, devant être réalisée par exemple avec un laser, ne soit pas perturbée. Étant donné que l'impression des barres collectrices de courant s'effectue à la distance la plus faible possible du bord de la pile ou du substrat et que l'impression est effectuée sous pression, un tamis utilisé pour l'impression est soumis à une usure accrue. L'impression d'une barre collectrice de
courant est par conséquent complexe et d'un coût désavantageux.
C'est pourquoi la présente invention a pour but d'indiquer un procédé pour l'établissement de contacts électriques sur des piles solaires à couches minces, qui n'utilisent pas l'impression complexe d'une barre collectrice de courant, peut être plus simple à réaliser et conduit à l'établissement d'un contact électriquement conducteur de bonne qualité et qui se fixe bien à la pile et ne conduit, par rapport à
la solution connue, à aucune résistance série accrue.
Ce problème est résolu, conformément à l'invention, grâce au fait que: on forme une pile solaire à couches minces sur un substrat et on la structure sous la forme de bandes intégrées et on en réalise le branchement en série, cette pile comprenant des première et seconde électrodes, dont l'une au moins contient un oxyde transparent conducteur, - le long des deux bords du substrat et parallèlement à la structure en forme de bandes, on dépose respectivement une bande de contact au-dessus de la seconde couche formant électrode, - sur cette structure, on applique un revêtement, sous une pression accrue avec
s une température accrue, en utilisant une feuille adhésive à l'état fondu.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise comme bande de
contact une bande métallique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, au-dessous de la bande de
contact, on dépose une pâte électriquement conductrice.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on colle les bandes de contact sur la seconde couche formant électrode à l'aide d'une colle
électriquement conductrice.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on fixe les bandes de contact
par soudage par ultrasons sur la seconde couche formant électrode.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on applique les bandes de contact sur l'électrode arrière d'une pile solaire à couches minces possédant une
structure de substrat supérieur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on forme la pile solaire à couches minces de telle sorte qu'une zone dopée de type p ou conductrice de type p est située sur le côté d'incidence de la lumière et selon lequel on structure la pile solaire à couches minces de telle sorte que la cellule extérieure en forme de bande, située côté anode, possède une largeur inférieure celle des autres cellules en forme de bandes, avec: bks < baz < bnz; avec bks = largeur de la bande de contact, baz = largeur de la cellule extérieure en forme de bande située côté
anode, et bnz = largeur normale de la cellule en forme de bande.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on dépose comme couverture
une plaque de verre.
En outre, ce procédé peut être appliqué pour l'établissement de contacts sur des piles solaires en silicium amorphe ou en un alliage contenant du silicium amorphe, les première et seconde couches formant électrodes contenant de
l'oxyde de zinc.
En outre, ce procédé peut être appliqué pour l'établissement de contacts sur des piles solaires comportant un semiconducteur à base de chalcopyrite comme
couche d'absorption.
Dans le cas du procédé selon l'invention, on se passe complètement de l'utilisation d'une barre collectrice de courant déposée sur le substrat de la pile. De façon simple, l'établissement des contacts s'effectue au moyen de la simple application de bandes de contact sur les deux cellules extérieures de la pile solaire à couches minces structurées à l'état terminé. Le procédé ultérieur de recouvrement ou de couverture, lors duquel une feuille de recouvrement ou une plaque de recouvrement est déposée sur la structure, garantit une fixation suffisamment sûre des deux bornes de contact au-dessus des cellules extérieures en forme de bandes. Simultanément, les bornes de contact sont imprimées de façon fixe sur la seconde couche d'électrode, de sorte qu'un bon contact électrique
o est établi avec cette couche.
Pour l'établissement, selon l'invention, de contacts avec la pile solaire à couches minces, on n'a, par conséquent, besoin, dans la pratique, d'aucun outil ni d'aucune machine supplémentaire. Comme substrats, on peut utiliser aussi bien des disques de verre précontraints, qui possède, pour une même épaisseur, une iS stabilité mécanique accrue, que des plaques non précontraintes, que l'on peut de ce fait découper et qui permettent par conséquent une souplesse accrue d'utilisation des produits. De même, la fixation par brasage, usuelle jusqu'alors, de la bande de contact peut être supprimée, ce qui simplifie plus encore le procédé par rapport au procédé connu. De même, jusqu'alors, lors du dépôt des couches sur la barre collectrice de courant déposée sur le substrat, il existait le risque d'apparitions d'hétérogénéités des couches avec un effet nuisible sur la puissance de la pile solaire. Étant donné que l'établissement des contacts avec les deux cellules extérieures en forme de bandes s'effectue à partir du haut, comme précédemment, I'une des deux cellules individuelles ne peut apporter aucune contribution au courant à la puissance de pile, étant donné que lors de l'établissement de ce contact, elle n'est pas simultanément connectée. Avec le nouveau procédé, il est maintenant possible de disposer la ligne de structure pour cette cellule individuelle extérieure inutile, plus près des bandes de contact et par conséquent du bord du module, que cela n'était possible avec une barre collectrice de courant imprimée. Par conséquent, on peut réduire la surface inactive,
nécessaire pour cette cellule individuelle, et accroître la surface active du module.
On réalise la bande de contact en un matériau quelconque, bon conducteur de l'électricité, de préférence en une bande métallique plane, comme une telle qualité déjà utilisée jusqu'alors en tant que bande de contact. Lors du choix du matériau, il suffit de veiller à ce qu'un bon contact ohmique puisse être établi avec le matériau de la seconde couche formant électrode et que ce contact ne
déclenche aucun processus de diffusion ou de corrosion.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, il est prévu de disposer au moins ponctuellement, au-dessous de la bande de contact, une pâte électriquement conductrice. De ce fait, d'une part, ceci permet d'améliorer le contact électrique et, dans le cas de l'utilisation d'une pâte approriée, de fixer la bande de contact avant son dépôt sur la pile solaire à couches minces. D'autre part, dans le cas d'un dépôt continu de la pâte, on peut également obtenir l'établissement de contact sur des piles solaires comportant par exemple une io feuille de revêtement flexible et dans lesquelles aucune pression de serrage suffisante n'est appliquée par la face arrière. De telles pâtes ou colles conductrices contiennent habituellement des particules métalliques, qui sont bien conductrices,
de la suie ou du graphite.
Dans une autre variante de mise en oeuvre de l'invention, on peut fixer i5 directement par soudage par ultrasons la bande de contact sur la seconde couche formant électrode. Ceci peut s'effectuer ponctuellement et seulement en un petit nombre de points, et permettre par conséquent une fixation, avec des cotes précises, de la bande de contact sur la pile solaire lors du dépôt du revêtement, ainsi que d'une manière continue, de sorte que dans le cas de modules solaires, dans lesquels une pression de serrage insuffisante est appliquée par la face
arrière, il est possible d'obtenir encore et toujours l'établissement d'un bon contact.
On évite ainsi un glissement de la bande de contact lors du dépôt et, de ce fait, un
court-circuit avec la cellule voisine.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront
de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, dont
les deux figures représentent, sous la forme de coupes transversales schématiques, des piles solaires à couches minces, dont les contacts sont établis
conformément à l'invention.
Exemple de réalisation: Figure 1: Sur un substrat 1 de surface étendue, on forme, d'une manière connue, une pile solaire à couches minces câblée de façon intégrée. Par exemple, on utilise comme substrat 1, une plaque de verre précontraint possédant une épaisseur de 2 mm, constituée par du verre calcaire natron. L'électrode avant 2 est constituée par de l'oxyde de zinc possédant une épaisseur d'environ 1 mm et qui peut être dopée par de l'aluminium ou du bore. La couche semiconductrice active 3 est constituée par du silicium amorphe a-Si:H et est déposée par exemple sur une épaisseur de 300 nm. En mélangeant des gaz dopants à l'atmosphère de dépôt pendant le processus de dépôt plasmatique, on obtient des couches ayant des conductivités différentes et possédant au moins une jonction pn, par exemple une structure pin. Au-dessus de la couche semiconductrice active 3 est déposée l'électrode arrière 4, qui est également constituée de préférence en un oxyde conducteur mince et est formée par exemple par de l'oxyde de zinc sur une
épaisseur de 2 lam.
Pour le câblage intégré de la pile solaire à couches minces, on met en 1o oeuvre une étape de structuration à la suite de chaque processus de dépôt pour les couches individuelles 2, 3 et 4. Les lignes de structuration de ces couches sont disposées de telle sorte que sous l'effet d'un chevauchement correspondant de zones du contact avant et du contact arrière, on obtient un câblage en série des
cellules solaires individuelles par exemple en forme de bandes.
Le courant produit dans la pile solaire à couches minces peut alors être prélevé au moyen de l'établissement de contacts avec les deux cellules solaires individuelles extérieures en forme de bandes et être évacué à l'extérieur. A cet effet, on forme deux bandes de contact 5, 6 parallèlement aux lignes de structuration, directement sur le contact arrière des deux cellules solaires individuelles extérieures en forme de bandes. Comme bande de contact, il convient d'utiliser n'importe quelle petite bande métallique, par exemple une petite bande de
cuivre étamée d'une largeur de 2,5 mm.
Figure 2: La fixation des bandes de contact s'effectue en même temps que s'effectue le dépôt du revêtement de la face arrière. Dans la forme de réalisation la plus simple de l'invention, le recouvrement de la face arrière est constitué par une feuille adhésive à l'état fondu, par exemple en polyvinylbutyral. Il est également possible de déposer, en utilisant cette feuille adhésive à l'état fondu 7, une autre feuille, par exemple une feuille de Tedlar, qui possède une résistance mécanique suffisante et garantit, par rapport à des conditions climatiques différentes, une protection sûre de la pile solaire à couches minces. Il est également possible de déposer, en utilisant la feuille adhésive à l'état fondu, une mince couche de verre en tant que revêtement de la face arrière. Dans le cas de l'utilisation d'une pâte électriquement conductrice ou dans le cas de l'établissement de contacts à l'aide des ultrasons, on peut également utiliser des faces arrière, qui n'appliquent aucune pression de serrage aux petites bandes de contact, par exemple des
peintures de protection ou des revêtements organiques ou minéraux.
Ce dépôt s'effectue par application de la feuille adhésive à l'état fondu sur la pile solaire à couches minces pourvue des bandes de contact 5, 6 apposées sur ce module conformément à la figure 1. Le fait d'éviter un déplacement horizontal relatif entre la feuille adhésive à l'état fondu et la pile solaire garantit que les bandes de contact 5, 6 ne glissent pas sur le module pendant le dépôt. Pour le dépôt lui-même, on chauffe l'ensemble du dispositif en le soutenant, jusqu'à ce que la feuille adhésive à l'état fondu se ramollisse et se colle sur la pile solaire à couches minces. Simultanément, la feuille adhésive à l'état fondu permet de sceller
io d'une manière étanche l'ensemble de la structure de la pile.
La pression appliquée à la pile lors du dépôt, agit en outre de telle sorte qu'un bon contact ohmique est établi entre la borne de contact 5, 6 et la couche formant électrode arrière 4. Une pile solaire à couches minces, dont les contacts sont établis conformément à l'invention, présente, par rapport à des piles solaires, dans lesquelles les contacts sont établis de façon usuelle et les bornes de contact ont été solidement fixés par brasage sur une barre collectrice de courant disposée auparavant sur le substrat, de bonnes valeurs caractéristiques électriques inchangées. C'est pour cette raison qu'une fixation supplémentaire des bandes de contact sur la couche formant électrode arrière n'est pas nécessaire, alors que la sécurité du processus de dépôt vis-à-vis d'un glissement des bandes de contact peut être accrue. Pour la fixation, il convient d'utiliser par exemple des pâtes et colles électriquement conductrices. Il suffit de réaliser la fixation en deux points de la bande de contact. Il est également possible de fixer par brasage à l'aide des ultrasons la bande de contact directement sur l'électrode arrière. A cet effet, on applique une tête de soudage à ultrasons en un bref intervalle de temps sur la bande de contact. Également ici il suffit de réaliser la fixation en seulement deux points. On peut, en outre, équiper d'un cadre la pile solaire à couches minces, structurée à l'état terminé, pour accroître aussi bien l'étanchéité que la résistance mécanique aux chocs. A cet effet, on peut enrober par injection la pile solaire à
couches minces par exemple avec un cadre en polyuréthane.
Une pile solaire à couches minces, dans laquelle les contacts sont établis conformément à l'invention uniquement par application de bandes de contact 5, 6,
présente, lors d'un test climatique, une résistance suffisante aux intempéries, c'est-
à-dire aussi bien vis-à-vis de l'humidité que de la pluie, et que vis-àvis de changements de la température. Même après une exposition assez longue, à des températures de 60 à 70 C, du type pouvant apparaître pendant le fonctionnement normal d'une pile solaire à couches minces, on ne constate aucune modification
des valeurs électriques, indiquant une détérioration du contact.
Claims (10)
1. Procédé pour l'établissement de contacts sur des piles solaires à couches minces, caractérisé en ce qu'il comporte les caractéristiques suivantes: - on forme une pile solaire à couches minces sur un substrat (1) et on la structure sous la forme de bandes intégrées et on en réalise le branchement en série, cette pile comprenant des première et seconde électrodes (2, 4), dont l'une au moins contient un oxyde transparent conducteur, - le long des deux bords du substrat (1) et parallèlement à la structure en forme de bandes, on dépose respectivement une bande de contact (5,6) au-dessus de la seconde couche formant électrode (4), - sur cette structure, on applique un revêtement ou une couverture, sous une pression accrue avec une température accrue, en utilisant une feuille adhésive
fusible (7).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme
bande de contact (5,6) une bande métallique.
3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait
qu'au-dessous de la bande de contact (5,6), on dépose une pâte électriquement conductrice.
4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on colle les bandes de contact (5,6) sur la seconde couche formant électrode (4) à l'aide d'une
colle électriquement conductrice.
5. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait
qu'on fixe les bandes de contact (1,6) par soudage par ultrasons sur la seconde
couche formant électrode (4).
6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait
qu'on applique les bandes de contact (5,6) sur l'électrode arrière (4) d'une pile
solaire à couches minces possédant une structure de substrat supérieure.
7. Procédé suivant la revendication 6, selon lequel on forme la pile solaire à couches minces de telle sorte qu'une zone dopée de type p ou conductrice de type
2713018
p est située sur le côté d'incidence de la lumière et selon lequel on structure la pile solaire à couches minces de telle sorte que la cellule extérieure en forme de bande extérieure, située côté anode, possède une largeur inférieure celle des autres cellules en forme de bandes, avec: bks < baz < bnz; avec bks = largeur de la bande de contact, baz = largeur de la cellule extérieure en forme de bande extérieure
située côté anode, et bnz = largeur normale de la cellule en forme de bande.
8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en
ce qu'on dépose comme couverture une plaque de verre.
9. Utilisation du procédé suivant l'une des revendications précédentes pour
l'établissement de contacts sur des piles solaires en silicium amorphe ou en un alliage contenant du silicium amorphe, les première et seconde couches formant
électrodes contenant de l'oxyde de zinc.
10. Utilisation du procédé suivant l'une des revendications 1 à 8 pour
l'établissement de contacts sur des piles solaires comportant un semiconducteur à
is base de chalcopyrite comme couche d'absorption.
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