FR2725310A1 - Cellule solaire pourvue de contacts d'un nouveau type - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une cellule solaire pourvue de contacts d'un nouveau type. Cette cellule comporte un corps semiconducteur actif plat (1) à structure de diode comportant une métallisation arrière et un modèle de structures de voie conductrice sur la face avant et au moins deux conducteurs électriques massifs (2) s'étendant transversalement par rapport au modèle et disposés sur ce dernier tout en y étant reliés d'une manière électriquement conductrice, deux conducteurs voisins étant repliés en épingle à cheveux ou en forme de U et les parties repliées faisant saillie par rapport au plan du corps semiconducteur (1). Application notamment aux panneaux de cellules solaires dont les contacts permettent un raccordement réciproque fiable.
Description
Cellule solaire pourvue de contacts d'un nouveau type Le courant
électrique croduit dans des cellules solaires est prélevé au moyen de conducteurs électriques, qui sont en contact ohmique avec le corps semiconducteur actif de la cellule solaire. En fonction du type de cellule et de la direction d'incidence de La Lumière, ces conducteurs, également désignés sous le terme de contacts, peuvent être réalisés en différents matériaux. Alors sue le choix du matériau et la configuration du contact de la face arrière des cellules solaires ne posent aucun problème, les contacts situés sur la face avant doivent encore garantir une incidence suffisante de la lumière dans le corps semiconducteur.15 Comme contacts de La face avant, on peut déposer des couches transparentes électricuement conductrices d'oxydes métalliques (TCO), pcuvant être prcduite selon la technique des couches minces. En raison- de eur conductivite superficielle relativement faible, ces contacts TCO sont20 cependant renforcés ou remplacés par un contact métallique structuré de face avant connu sous le terme anglais "grid",
c'est-à-dire grille). Pour La grille, on recherche une structure, dans laquelle une section transversale suffisante globale de voies conductrices pour une occultation minimale25 est répartie d'une manière aussi uniforme que possible sur la surface de la cellule solaire.
Habituellement, on dépose à cet effet tout d'abord une première structure de voies conductrices, finement ramifiée ou étroitement tramée, sur la face avant, ce qui peut être réalisé par exemple selon la technique des couches minces ou des couches épaisses. Par-dessus, on forme alors une structure de bus, qui est constituée par au moins un conducteur déposé transversalement par rapport à la structure5 de voies conductrices et qui nossède une section transversale suffisante. La structure de bus peut être également produite
selon la technique des couches minces, mais de préférence selon la technique des couches épaisses. Il est également possible de fixer par brasage des structures de bus, sous la10 forme de conducteurs métalliques massifs, sur la structure de voies conductrices.
Pour réaliser le raccordement extérieur de cellules solaires cristallines et polycristallines, on fixe des petites bandes conductrices par brasage sur les structures de15 bus, en des emplacements de raccordement (en anglais "pads", c'est-à-dire des plots) prévus de façon correspondante. Ces petites bandes conductrices servent également à réaliser le raccordement en série de cellules solaires individuelles, les petites bandes conductrices s'étendant respectivement au-20 dessous de la face arrière d'une cellule solaire voisine et y étant fixées par brasage. Ceci devait être réalisé jusqu'alors manuellement et seulement juste avant le câblage, en raison de la sensibilité mecacoe des structures de voies conductrices, afin d'éviter un arrachement ou tout autre25 endommagement. En raison de la stabilité des petites bandes vis-à-vis d'une flexion, ie oositionnement des petites bandes requiert en outre une grande précision. Ceci complique une fabrication ou un câblage en série entièrement automatisé et bon marché de cellules solaires.30 C'est pourquoi un problème à la base de la présente invention est d'indiquer une cellule solaire possédant un système de contact simpilifié, qui permette un câblage plus simple, sans conduire à une occuitation supplémentaire sur la face avant de la cellule solaire, et à l'aide de laquelle on35 peut réaliser une fabrication et un câblage mieux automatisés. Ce problème est réso!u conformément à l'invention, à l'aide d'une cellule solaire, caractérisée en ce qu'elle comporte5 - un corps semiconducteur plat actif possédant une structure de diode, - une métallisation arrière située sur la surface du corps semiconducteur, tournée à l'opposé de la lumière, - un modèle de structures de voies conductrices sur la face avant du corps semiconducteur, - au moins deux conducteurs électriques massifs, qui s'étendent transversalement par rappor- au modèle et sont disposés sur ce dernier et sont reliés d'une manière électriquement conductrice à ce dernier, et - dans laquelle respectivement deux conducteurs voisins sont repliés en forme d'épingle à cheveux ou en forme de rJ, les parties repliées faisant saillie par rapport au bord du
corps semiconducteur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un conducteur électrique continu unqicue est disposé selon une forme sinueuse sur le modèle de telle sorte que les boucles, formées par des méandres, font saillie d'un côté au-delà du bord du corps semiconducteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le modèle de structures de voies conductrices est au moins partiellement en renfoncement dans la surface du corps
semiconducteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les conducteurs massifs sont fixés par brasage au modèle.
Selon une autre caracteristique de l'invention, les conducteurs électriques massifs possèdent une section transversale circulaire ou ovale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les parties, qui font saillie au-delà du bord du corps semiconducteur, du ou des conducteurs possèdent une zone de brasage pour le raccordement en série de la cellule solaire à au moins une autre cellule solaire identique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les parties, qui font saillie au-delà du bord du corps semiconducteur, du ou des conducteurs sont ixées par brasage directement sur la métallisation arrière d'une cellule solaire voisine. Selon une autre caractéristique de l'invention, sur la face arrière de la cellule solaire sont fixés par brasage des éléments conducteurs, qui sont fixés par brasage aux parties saillantes du ou des conducteurs d'une cellule solaire voisine. Selon une autre caractéristique de!'invention, les éléments conducteurs, qui sont fixés par brasage sur la face arrière de la cellule solaire, sont repliés en forme d'épingle à cheveux ou en forme de U de la même manière que les conducteurs massifs sur la face avant, les parties repliées faisant saillie par rapport au bord du corps semiconducteur. 20 L'idée de base de l'invention consiste à fixer les conducteurs électriques, utilisés pour le câblage de la cellule solaire, sur la face avant de la cellule solaire de manière qu'ils fassent saillie, d'un côté, par rapport au bord de la cellule solaire, et de préférence de telle sorte25 qu'au moins deux de ces conducteurs sont reliés entre eux, au niveau de leurs extrémités, dans la zone qui est en saillie par rapport au bord. Sur la face avant de la cellule solaire, les conducteurs sont reliés à un. modèle de structure de voies conductrices et sont fixés par exemple par brasage à ce30 modèle. Étant donné qu'en permanence au moins deux des extrémités "en porte-à-faux" des conducteurs sont réunies, ces extrémités sont renforcées par rapport à des extrémités individuelles de conducteurs. Ceci facilite la manipulation d'une cellule solaire dont les contacts sont agencés de cette35 manière. Le risque du fléchissement des extrémités saillantes est de ce fait fortement réduit. Par conséauent, il es également possible d'équiper a cellule solaire, déjà à un stade précoce de fabrication, avec toutes les bornes nécessaires. Le câblage des cellules solaires entre elles5 peut être alors exécuté à un instant ultérieur quelconque, en un emplacement quelconque. L'emoiLage et le transport des cellules solaires non câblées est possible sans problème, même avec les contacts mis en place. Le câblage permettant de former des réseaux de cellules solaires ou des modules peut10 être exécuté directement sur place et n'a plus besoin d'être exécuté chez le fabricant de cellules solaires. Pour le câblage, il n'est plus nécessaire d'effectuer un brasage sur la face avant de la cellule solaire. Ceci est un avantage, étant donné que cette étape opératoire entraîne en soi toujours le risque d'un endommagement de la cellule solaire. Grâce à l'invention, cette étape opératoire peut être mise en oeuvre chez le fabricant de cellules solaires et y être exécutée par exemple d'une manière entièrement automatique et par conséquent à bon marché.20 La liaison de plusieurs cellules solaires par brasage est possible sans aucun problème. Grâce au fait cue les
extrémités des conducteurs sont reliées entre elles, onr. obtient une large zone de contact, qui permet un ajustement simple des pièces devant être fixées par brasage et par25 conséquent une réunion simple oar câblage des cellules solaires.
Dans une forme de réai samion de 'invention, e conducteur électrique possède une section transversale circulaire ou ovale, et par conséquent est agence par exemple30 sous la forme d'un fil. Un conducteur possédant une telle section transversale produit, par rapport à un conducteur plat et par exemple en forme de petites bandes, et ce pour une même section transversale, une occultation plus faible sur la face avant de la cellule solaire.35 La "liaison" des "extrémités" des conducteurs est exécutée, conformément à un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, de la manière suivante: on replie un élément individuel de conducteur en forme d'épingle à cheveux ou er. forme de U, et on le fixe ensuite à la face avant de la5 cellule solaire de telle sorte que la partie coudée fasse saillie au-delà du bord de la cellule solaire. Pour cette variante, le conducteur indiqué possédant une section transversale approximativement circulaire est particu- lièrement approprié. La partie repliée du conducteur peut10 comporter une courbure uniforme ou être repliée de préférence pour former au moins un angle. Les angles peuvent être
également arrondis, les angles intérieurs pouvant être égaux par exemple à 900.
Le nombre des conducteurs qui s'appliquent par exemple en parallèle sur la face avant de la cellule solaire, est quelconque, est déterminé par la taille de La cellule solaire et est le résultat d'une optimisation entre la section transversale suffisante de conducteur, une occultation aussi faible que possible et une stabilité mécanique suffisante.20 Étant donné que les conducteurs sont réunis de préférence par couples, un nombre pair de conducteurs est préférable. Pour une cellule solaire, qui a été formée par exemple par sciage d'un barreau de silicium cristallin d'un diamètre de 140,5 mm, par exemple quatre à dix fils de cuivre ou deux à cinq couples de conducteurs ou fils repliés en aiguille à cheveux ou en forme de U d'un diamètre de 0,2 à 0,5 mm sont suffisant en tant que conducteurs. Dans une autre forme de réalisation de i'invention i est prévu de fixer un seul conducteur par exemple en forme de fil, selon une configuration sinueuse sur la face avant de la cellule solaire de telle sorte que les boucles, formées par les méandres, font saillie, d'un côté, par rapport au bord de la cellule solaire. De même, ces boucles peuvent à nouveau posséder une courbure approximativement uniforme ou être35 repliées avec une forme anguleuse correspondante. Les boucles opposées du conducteur de forme sinueuse ne sont de préférence pas disposées en saillie et s'étendent sur 'a cellule solaire. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le conducteur électrique est forme de plusieurs éléments individuels, dont les "extrémits libres" font saillie, d'un côté, par rapport au bord de la pile solaire et y sont reliés, par exemple par brasage, à un conducteur ohmique disposé transversalement par rapport au conducteur.10 Le modèle des structures de voies conductrices constituant le contact de face avant peut etre déposé de façon usuelle. Il peut être constitué par un réseau de fines voies conductrices, qui sont à nouveau reliées entre elles avec des structures de bus plus larges. Les structures de bus15 possèdent à nouveau des zones de contact élargies, qui conviennent pour la fixation par brasage du conducteur électrique. De préférence, on dépose le conducteur électrique directement par-dessus les structures de bus, de manière à
maintenir à une va!eur aussi faible que possible20 l'occultation supplémentaire par le conducteur.
On peut alors équiper les structures de bus déposées de préférence selon la technique des couches épaisses ou les
plots imaginés pour le raccordement, d'un spot de brasure, par exemple au moyen du procédé de brasage à la vague ou bien25 par dépôt d'une pâte à braser.
Le conducteur lui-même est réalisé en un matériau bon conducteur, par exemple du cuivre. Dans une forme de réalisation de l'invention, le conducteur est recouvert d'étain. Ceci facilite le démarrage du brasage, et une30 quantité moins importante de brasure à l'éain ou de pâte à braser est nécessaire et eventuellement on peut supprimer complètement l'utilisation d'une brasure ou d'une pâte à braser supplémentaire. L'avantage de la forme de réalisation selon l'invention des conducteurs utilisés pour l'établissement du contact sur la face avant des piles solaires réside non seuiement dans la stabilité mécanique des piles individuelles, mais également dans la réunion par câblage des cellules individuelles pour former un module solaire ou un réseau de celllules solaires.5 Les parties des conducteurs, qui font saillie par rapport au bord de la cellule solaire et sont repliées par exemple en épingle à cheveux, sont bien appropriées pour le câblage, par exemple grâce à leur fixation par brasage à d'autres moyens
de raccordement entre les cellules solaires devant être10 réunies par câblage.
Les moyens de raccordement peuvent être d'autres éléments conducteurs, cui sont fixés, par exemple par brasage, sur la face arrière des cellules solaires. Ces éléments conducteurs ont également des extrémités saillantes et peuvent être reliés, sur leur face avant, aux parties saillantes des conducteurs, qui sont éventuellement repliées en forme de U ou avec une autre forme ou sont reliées entre elles. Les autres éléments conducteurs, déposés sur la face
arrière, peuvent être par exemple des petites bandes, c'est-
à-dire des éléments conducteurs possédant une section transversale rectangulaire. Mais également il convient
d'utiliser des éléments conducteurs possédant une section transversale circulaire ou ovale. Ces élèments peuvent en25 outre posséder la même configuration que les conducteurs situés sur la face avant des cellules solaires.
Pour la liaison de deux cellules solaires voisines, on peut fixer par brasage 'es extrémités libres des éléments conducteurs par exemple rectilignes, sur Ses parties repliées30 et reliées entre elles des conducteurs. Cet agencement présente l'avantage de fournir une mei! eure tolérance de fabrication. Il est également possible de relier respectivement entre eux aussi bien les conducteurs situés sur la face avant que les éléments conducteurs situés sur la35 face arrière. Etant donné que pour la liaison par câblage de deux cellules solaires voisines, au moins pour une partie des conducteurs et des éléments conducteurs devant être réunis, on dispose de parties repliées relativement larges pour le brasage, les parties devant être reliées entre elles5 (conducteurs et éléments cor.ducteurs) peuvent se chevaucher au niveau de la zone de brasage, sur une large étendue. Étant
donné que le brasage peut être exécuté avec une large tolérance, un ajustement simple des cellules solaires les unes par rapport aux autres ou par rapport à des marques10 d'ajustement est possible.
Les éléments conducteurs peuvent être également déposés en étant repliés selon une forme sinueuse sur la face arrière
de la cellule solaire, auquel cas au moins la partie coudée des éléments conducteurs fait saillie d'un côté au-delà de la15 face arrière des cellules solaires.
Un autre avantage de la cellule solaire selon l'invention est la stabilité mécanique des cellules solaires individuelles câblées pour former un réseau de cellules solaires. Les forces qui apparaissent en raison des20 coefficients de dilatation thermique différents, peuvent être absorbées de façon simple par les parties saillantes repliées, sans qu'il se produise un arrachement de conducteurs ou d'éléments conducteurs à partir de la face avant ou de la face arr-ire de la cellule solaire. Dans le25 cas du câblage usuel de cellules solaires au moyen d'une fixation directe par brasage de petites bandes rectilignes, il faudrait compenser ceci en prévoyant une réserve de longueur. A cet effet, les peties bandes sont repliées par exemple en forme de Z entre les cellules solaires. Les30 cellules solaires selon ''invention permettent de supprimer cette disposition de sorte que les cellules solaires peuvent
être disposées selon un réseau plus dense, c'est-à-dire avec une distance réciproque plus faible des cellules solaires.
Une autre possibilité de câblage de cellules solaires selon l'invention consiste à amener les extrémités des conducteurs à faire saillie au-delà du bord des cellules solaires de manière qu'elles puissent être fixées par brasage directement sur la face arrière de a cellule solaire voisine. Cela permet de disposer, sur la face arrière de la5 cellule solaire voisine, plusieurs contacts pour chaque élément conducteur ou boucle en forme de U, par exemple par brasage ou soudage. On augmente ainsi la sécurité du
processus et par conséquent le rendement du procédé. En coudant les parties saillantes des conducteurs, on peut10 respecter de cette manière une distance particulièrement courte d'environ 1,5 mm entre les cellules solaires câblées.
Les bords de cellules solaires voisines peuvent être orientés parallèlement entre elles, même lorsque les structures à couches minces sont déposées en étant pivotées sur la face15 avant et sans être alignées sur l'angle correspondant.
Avec un prolongement des extrémités saillantes des conducteurs, on peut en outre réaliser le câblage extérieur
des cellules solaires ou des réseaux câblés de cellules solaires. Il peut même éventuellement être nécessaire de20 raccourcir la longueur désirée, des parties saillantes trop longues des conducteurs.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après,
prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels:25 - les figures l à 3 redrésentent diverses possibilités de dispositions du ou des conducteurs sur la face avant de La cellule solaire; - la figure 4 représente une disposition des éléments conducteurs sur la face arrière; et
- les figures 5 et 6 représentent des câblages possibles de deux cellules solaires.
La figure 1 représente la face avant d'une cellule solaire 1, qui comporte un modèle de structures de voies conductrices. Sur ce modèle sont disposés des conducteurs 235 repliés en forme de U, qui sont répartis uniformément sur la l surface. Les conducteurs 2 sont reliés par exemple par brasage au modèle de structures de voies conductrices. Le modèle de structures de voies conductrices est élargi au niveau des zones de brasage 3.5 La figure 2 représente une variante de la forme de réalisation représentée sur la figure 1. Les conducteurs 2 ne
sont pas repliés en forme de U, mais avec une forme pointue au niveau de la partie saillante et sont particulièrement appropriés pour l'établissement du contact direct sur la face10 arrière de la cellule solaire, lors du câblage.
La figure 3 représente une autre possibilité de disposer les conducteurs 2 sur la face avant de la cellule solaire 1 équipée d'un modèle de structures de voies conductrices. Les conducteurs 2 sont constitués par un seul conducteur allonge, qui est disposé selon une forme sinueuse sur la face avant de la cellule solaire 1. Les boucles formées oar le conducteur sinueux 2 font saillie, sur un côté de la cellule solaire 1 (représenté à droite sur la figure) au-delà du bord de la cellule solaire 1. Un conducteur de forme sinueuse 2 formé d'un fil peut être fabriqué de façon simple et à bon marché. En outre, le positionnement par rapport à la structure de
voies conductrices ne pose aucun problème lors de la fabrication des cellules solaires. De même, ce conducteur 2 est fixé par exemple par brasage au modèle de structures de25 voies conductrices.
La figure 4 représente une disposition possible sur la face arrière de la cellule solaire selon l'invention. La face
arrière possède une métallisaticn arrière 'non représentée), qui peut s'étendre sur toute La surface et être également30 structurée. Des éléments conducteurs 6, par exemple de petites bandes métalliques courtes, mais qui font saillie au-
delà du bord de la cellule solaire 1, sont déposés sur la métallisation arrière. Il est également possible de former les éléments conducteurs 6 sur la face arrière, en correspondance avec les éléments conducteurs 2 sur la face avant. Par conséquent, on peut agencer les éléments conducteurs 6 conformément aux
figures 1, 2 ou 3, auquel cas la partie cintrée des éléments conducteurs 6 fait saillie au-delà du bord de la cellule 5 solaire 1.
La figure 5 représente une possibi ité de relier une cellule solaire 1, équipée, comme cela a été décrit précédemment, d'un conducteur électrique 2 sur sa face avant et d'éléments conducteurs 6 sur sa face arrière, à une autre10 cellule solaire identique 1'. On dispose les cellules solaires côte-à-côte de manière que les extrémités, qui font saillie au-delà du bord des cellules solaires, des éléments conducteurs 6 se chevauchent avec les boucles des conducteurs 2, qui, disposés sur la surface de la première cellule solaire 1, font saillie au-delà du bord de cette dernière. Comme cela est visible sur cette figure, pour les parties devant être réunies par contact, il existe une zone importante de chevauchement 5. Dans cette zone, les boucles des conducteurs 2 chevauchent les extrémités saillantes des20 éléments conducteurs 6 entre deux cellules solaires. Pour la fixation, on réunit par brasage les extrémités
correspondantes entre les cellules solaires i et 1'. De façon correspondante, on peut relier ou câbler les deux cellules solaires ainsi réunies à un nombre quelconque d'autres25 cellules solaires identiques. Ainsi i est pOssible de fabriquer des chaînes "sans fin" de cellules solaires.
Cependant, il est préférable de disposer un nombre déterminé de cellules solaires de façon désirée en chevauchement sur un module et de les réunir par brasage. Par exemple, il est30 également possible de faire nivoter 'alignement des conducteurs 2 de 90 par rapport à la rotation des éléments conducteurs situés sur la face arrière de la cellule solaire de sorte que deux cellules solaires peuvent être reliées entre elles "en coin". Ainsi il est possible d'avoir une35 occultation sinueuse du module avec une seule chaîne de
cellules solaires.
La figure 6 représente une possibili:é de relier un conducteur 2 agencé par exemple conformémen: à la figure -
sur la face avant, directemen= à la face arrière d'une autre5 cellule solaire identique ' On a représenté les faces arrière de deux cellules solaires voisines I et ' Les conducteurs 2' de la première cellule solaire 1 sont plus longs dans la partie saillante et sont fixés par brasage sur la face arrière de la cellule solaire voisine 1' A nouveau10 sur la face arrière de la première cellule solaire i sont fixés par brasage les conducteurs saillants 2 d'une autre cellule solaire voisine (non représentée)
Claims (9)
1. Cellule solaire, caractérisée en ce qu'elle comporte - un corps semiconducteur plat actif (1) possédant une structure de diode, - une métallisation arrière située sur la surface du corps semiconducteur, tournée à l'opposé de la lumière, - un modèle de structures de voies conductrices sur la face avant du corps semiconducteur, - au moins deux conducteurs électriques massifs (2), qui s'étendent transversalement par rapport au modèle et sont disposés sur ce dernier et sont reliés d'une manière électriquement conductrice à ce dernier, et - dans laquelle respectivement deux conducteurs voisins (2) sont repliés en forme d'épingle à cheveux ou en forme de U, les parties repliées faisant saillie par rapport au
bord du corps semiconducteur (1).
2. Cellule solaire selon la revendication 1, qu'un conducteur électrique continu unique (2) est disposé selon une forme sinueuse sur le modèle de telle sorte cue les
boucles, formées par des méandres, font saillie d'un côté au-
delà du bord du corps semiconducteur (1)
3. Cellule solaire suivant l'une des revendications i ou
2, caractérisée en ce que ie modèle de structures de voies conductrices est au moins partiellement en renfoncement dans
la surface du corps semiconducteur (1).
4. Cellule solaire suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les conducteurs
massifs (2) sont fixés par brasage au modèle.
5. Cellule solaire suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les conducteurs
électriques massifs (2) possèdent une section transversale
circulaire ou ovale.
6. Cellule solaire suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les parties, qui
font saillie au-delà du bord du corps semiconducteur (1), du ou des conducteurs (2) possèdent une zone de brasage pour le raccordement en série de La cellule solaire (1) à au moins
une autre cellule solaire identique (1').
7. Cellule solaire suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les parties, qui font saillie au-delàa du bord du corps semiconducteur (1), du ou des conducteurs (2) sont fixées par brasage directement sur la métallisation
arrière d'une cellule solaire voisine.
8. Cellule solaire suivant l'une des revendications 6 ou
7, caractérisée en ce que sur la face arrière de la cellule solaire (1') sont fixés par brasage des éléments conducteurs (6), qui sont fixés par brasage aux parties saillantes du ou
des conducteurs (2) d'une ce!lule solaire voisine (1).
9. Cellule solaire suivant ia revendication 9, caractérisée en ce que les éléments conducteurs (6), qui sont fixés par brasage sur La face arrière de La cellule solaire (1), sont repliés en forme d'épingle à cheveux ou en forme de U de la même manière que Les conducteurs massifs (2) sur La face avant, les parties reliées faisant saillie par rapport
au bord du corps semiconducteur.
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