FR2853993A1 - Production of a photovoltaic module with photovoltaic cells arranged between glass substrates and incorporating a sealing joint enclosing the volume containing the cells - Google Patents
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Abstract
Description
ii
Procédé de réalisation d'un module photovoltaïque et module photovoltaïque réalisé par ce procédé Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de réalisation d'un module photovoltaïque comportant des cellules photovoltaïques ayant chacune des pôles positif et négatif disposés d'un même côté de la cellule, les cellules étant disposées côte 10 à côte entre des faces internes de deux substrats de verre avant et arrière et connectées en série par des conducteurs d'interconnexion reliant un pôle positif d'une cellule à un pôle négatif de la cellule adjacente. Technical field of the invention The invention relates to a method of making a photovoltaic module comprising photovoltaic cells each having positive and negative poles arranged with the same side of the cell, the cells being placed side by side between internal faces of two front and rear glass substrates and connected in series by interconnection conductors connecting a positive pole of a cell to a negative pole of the cell adjacent.
État de la technique Une cellule photovoltaïque est classiquement formée sur un substrat en silicium massif découpé sous forme de tranches de quelques centaines de microns d'épaisseur. Le substrat peut être constitué de silicium monocristallin, de 20 silicium polycristallin ou de couches semiconductrices déposées sur un substrat de verre ou de céramique. Elle possède à sa surface un réseau d'électrodes étroites, généralement en argent ou en aluminium, destinées à drainer le courant vers une ou plusieurs électrodes principales de 1 à quelques millimètres de largeur, également en argent ou en aluminium. 25 Chaque cellule fournit un courant dépendant de l'éclairement sous une tension électrique qui dépend de la nature du semiconducteur et qui est habituellement de l'ordre de 0,45V à 0,65V pour le silicium cristallin. Des tensions de 6V à plusieurs dizaines de volts étant habituellement nécessaires pour faire fonctionner des appareils électriques, un module photovoltaïque est généralement constitué par un assemblage de plusieurs cellules en série. Un module de 40 cellules fournit par exemple près de 24 volts. Selon les courants demandés, plusieurs cellules peuvent également être placées en parallèle. Un 5 générateur peut ensuite être réalisé en y adjoignant éventuellement des accumulateurs, un régulateur de tension, etc Pour fabriquer un module photovoltaïque, les cellules sont préparées, c'est- àdire recouvertes d'un réseau d'électrodes et connectées entre elles par des 10 conducteurs métalliques. L'ensemble ainsi formé est ensuite placé entre deux feuilles de polymère, elles-mêmes enserrées entre deux substrats de verre. STATE OF THE ART A photovoltaic cell is conventionally formed on a solid silicon substrate cut in the form of slices a few hundred microns thick. The substrate may consist of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon or semiconductor layers deposited on a glass or ceramic substrate. It has on its surface a network of narrow electrodes, generally in silver or aluminum, intended to drain the current towards one or more main electrodes from 1 to a few millimeters in width, also in silver or aluminum. Each cell supplies a light-dependent current at an electric voltage which depends on the nature of the semiconductor and which is usually of the order of 0.45 V to 0.65 V for crystalline silicon. Voltages of 6V to several tens of volts are usually necessary to operate electrical devices, a photovoltaic module is generally constituted by an assembly of several cells in series. A 40-cell module supplies, for example, almost 24 volts. Depending on the currents requested, several cells can also be placed in parallel. A generator can then be produced by optionally adding accumulators, a voltage regulator, etc. To manufacture a photovoltaic module, the cells are prepared, that is to say covered with a network of electrodes and connected together by 10 metallic conductors. The assembly thus formed is then placed between two sheets of polymer, themselves sandwiched between two glass substrates.
L'ensemble est alors chauffé aux environs de 1200C pour ramollir fortement le polymère, le rendre transparent et assurer la cohésion mécanique du module. The assembly is then heated to around 1200C to strongly soften the polymer, make it transparent and ensure the mechanical cohesion of the module.
Dans un module photovoltaïque connu, des conducteurs de liaison arrière associés à une première cellule sont reliés aux conducteurs de liaison avant associés à une seconde cellule, adjacente. Si le module comporte plus de deux cellules, les conducteurs de liaison arrière de la seconde cellule sont alors connectés aux conducteurs de liaison avant de la cellule suivante, toutes les 20 cellules étant ainsi connectées en série. En pratique, un conducteur de liaison arrière d'une cellule et le conducteur de liaison avant associé de la cellule voisine peuvent être constitués par un même conducteur d'interconnexion. Les conducteurs de liaison des cellules d'extrémité servent de connecteurs vers l'extérieur. In a known photovoltaic module, rear connection conductors associated with a first cell are connected to the front connection conductors associated with a second, adjacent cell. If the module has more than two cells, the rear connection conductors of the second cell are then connected to the front connection conductors of the next cell, all the cells thus being connected in series. In practice, a rear connection conductor of a cell and the associated front connection conductor of the neighboring cell can be formed by the same interconnection conductor. The connecting conductors of the end cells serve as connectors to the outside.
Un assemblage de cellules photovoltaïque sous forme matricielle peut comporter des conducteurs de liaisons transversaux reliant les cellules en parallèle. Typiquement les conducteurs de liaison transversaux, constitués par une âme en cuivre et un dépôt superficiel d'un alliage étain-plomb, sont soudés avec un alliage étain-plomb sur des zones de connexion de la cellule. Les conducteurs de liaison peuvent également être réalisés par dépôt d'une pâte d'argent selon le motif désiré, puis cuisson à haute température. An array of photovoltaic cells in matrix form may include conductors of transverse links connecting the cells in parallel. Typically the transverse connection conductors, constituted by a copper core and a surface deposit of a tin-lead alloy, are soldered with a tin-lead alloy on connection areas of the cell. The connecting conductors can also be produced by depositing a silver paste according to the desired pattern, then baking at high temperature.
Dans le document DE-A-4128766, les conducteurs de liaison avant et arrière sont formés sur la face interne des substrats de verre avant et arrière en regard de l'emplacement de chacune des cellules. Les conducteurs de liaison sont ensuite soudés sur les cellules et sur des éléments d'interconnexion destinés à connecter les cellules en série. L'espace restant entre les substrats de verre est 10 ensuite rempli par une résine organique. In document DE-A-4128766, the front and rear connection conductors are formed on the internal face of the front and rear glass substrates opposite the location of each of the cells. The connecting conductors are then soldered onto the cells and onto interconnection elements intended to connect the cells in series. The space remaining between the glass substrates is then filled with an organic resin.
Par ailleurs, dans certaines cellules connues (brevet US6384317), les pôles positif et négatif de la cellule sont ramenés sur une des faces de celle-ci, en particulier sur sa face arrière. Furthermore, in certain known cells (US Pat. No. 6,383,317), the positive and negative poles of the cell are brought back on one of the faces of the latter, in particular on its rear face.
La soudure des conducteurs de liaison et l'assemblage des cellules constitue un handicap car ce sont des opérations longues pouvant casser les cellules et entraîner un coût de production élevé. The soldering of the connection conductors and the assembly of the cells constitutes a handicap since these are long operations which can break the cells and entail a high production cost.
Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, un procédé de réalisation d'un module photovoltaïque minimisant le nombre 25 d'opérations de soudure et le coût de fabrication, plus particulièrement pour des cellules dont les pôles positif et négatif sont disposés d'un même côté de la cellule. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to remedy these drawbacks and, in particular, a method for producing a photovoltaic module minimizing the number of welding operations and the manufacturing cost, more particularly for cells. whose positive and negative poles are arranged on the same side of the cell.
Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le procédé comporte, avant la mise en place des cellules, le dépôt, sur une face interne d'un seul des substrats de verre, de bandes de pâte d'argent constituant les conducteurs d'interconnexion, et qu'il comporte la mise en place d'un joint de scellement en 5 matériau minéral, disposé entre les deux substrats de verre et délimitant un volume intérieur étanche à l'intérieur duquel sont disposées toutes les cellules. According to the invention, this object is achieved by the fact that, before the placement of the cells, the deposition, on an internal face of only one of the glass substrates, of strips of silver paste constituting the interconnection conductors, and that it includes the installation of a sealing joint made of mineral material, disposed between the two glass substrates and delimiting a sealed interior volume inside which all the cells are arranged.
L'invention a également pour but un module photovoltaïque comportant un joint de scellement en matériau minéral, disposé entre les deux substrats de verre et 10 délimitant un volume intérieur étanche à l'intérieur duquel sont disposées toutes les cellules, les conducteurs d'interconnexion étant constitués par des bandes de pâte d'argent disposées sur une face interne d'un seul des substrats de verre. The object of the invention is also to provide a photovoltaic module comprising a sealing joint made of mineral material, disposed between the two glass substrates and delimiting a sealed interior volume inside which all the cells are arranged, the interconnection conductors being formed by strips of silver paste placed on an internal face of only one of the glass substrates.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 20 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: Les figures 1 et 2 représentent un mode de réalisation particulier d'un module photovoltaïque selon l'invention respectivement en coupe selon l'axe AA et en 25 vue de dessous. Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows of particular embodiments of the invention given by way of nonlimiting examples and represented in the appended drawings, in which: FIGS. 1 and 2 represent a mode particular embodiment of a photovoltaic module according to the invention respectively in section along the axis AA and in view from below.
La figure 3 représente un autre mode de réalisation particulier d'un module photovoltaïque comportant des couches de protection. FIG. 3 represents another particular embodiment of a photovoltaic module comprising protective layers.
Description de modes particuliers de réalisation. Description of particular embodiments.
Le module photovoltaïque selon la figure 1 comporte des cellules photovoltaïques 1 disposées côte à côte entre des faces internes de deux 5 substrats de verre avant 2 et arrière 3. Seules trois cellules la, 1 b et 1 c sont représentées sur la figure 1 pour des raisons de clarté. Les pôles positif et négatif de chaque cellule sont ramenés sur la face arrière de celle-ci. The photovoltaic module according to FIG. 1 comprises photovoltaic cells 1 placed side by side between the internal faces of two 5 glass substrates, front 2 and rear 3. Only three cells 1a, 1b and 1c are shown in FIG. 1 for reasons of clarity. The positive and negative poles of each cell are brought to the back of the cell.
La connexion d'un pôle positif d'une cellule et d'un pôle négatif de la cellule 10 adjacente est réalisée très simplement au moyen d'au moins un conducteur d'interconnexion constitué par une bande de pâte d'argent déposée sur la face interne du substrat de verre arrière 3 avant mise en place des cellules. The connection of a positive pole of a cell and a negative pole of the adjacent cell 10 is carried out very simply by means of at least one interconnection conductor constituted by a strip of silver paste deposited on the face internal of the rear glass substrate 3 before placing the cells.
Sur les figures 1 et 2, une bande de pâte d'argent 5a, déposée sur le substrat 15 de verre arrière 3, est positionnée sur une zone reliant les emplacements des deux cellules adjacentes 1 a et 1 b, de façon à venir en contact sur la face arrière des cellules la et 1 b, respectivement avec le pôle positif de la cellule la et avec le pôle négatif de la cellule lb. La zone présente la forme d'une marche d'escalier. Une bande de pâte d'argent 5b, connectant le pôle positif de la 20 cellule 1 b au pôle négatif de la cellule 1c, est disposée de manière analogue sur le substrat de verre arrière 3. Un réseau de conducteurs d'interconnexion (5) est ainsi formé sur le substrat de verre 3, avant mise en place des cellules. Lorsque la face arrière n'est pas active optiquement, il n'y a pas de contrainte sur la transmission optique du substrat de verre arrière 3 et le motif du réseau de 25 bandes de pâte d'argent 5 est choisi de manière à ce que la conduction soit maximale. Selon une première variante de réalisation, la largeur des bandes de pâte d'argent 5 est élevée, chaque bande de pâte d'argent 5 pouvant, par exemple, avoir une largeur comprise entre 3mm et 10 mm, plus typiquement comprise entre 3mm et 5 mm. In FIGS. 1 and 2, a strip of silver paste 5a, deposited on the back glass substrate 15 3, is positioned on an area connecting the locations of the two adjacent cells 1 a and 1 b, so as to come into contact on the rear face of cells la and 1b, respectively with the positive pole of cell la and with the negative pole of cell lb. The area has the shape of a staircase. A strip of silver paste 5b, connecting the positive pole of cell 1b to the negative pole of cell 1c, is similarly arranged on the rear glass substrate 3. A network of interconnection conductors (5) is thus formed on the glass substrate 3, before placing the cells. When the rear face is not optically active, there is no constraint on the optical transmission of the rear glass substrate 3 and the pattern of the network of 25 strips of silver paste 5 is chosen so that conduction is maximum. According to a first alternative embodiment, the width of the strips of silver paste 5 is large, each strip of silver paste 5 can, for example, have a width of between 3mm and 10 mm, more typically between 3mm and 5 mm.
Dans le mode de réalisation particulier de la figure 2, le joint 4 est localisé à la périphérie de la surface commune aux deux substrats de verre 2 et 3. Il est ainsi disposé sur la périphérie du substrat de verre arrière 3 sauf sur le côté gauche 5 pour le substrat de verre arrière 3, afin de permettre l'accès depuis l'extérieur à des conducteurs 6 de connexion avec l'extérieur. Par exemple, un conducteur 6 de connexion vers l'extérieur des cellules d'extrémité (la et 1c) peut faire saillie vers l'extérieur au-delà du joint 4. In the particular embodiment of FIG. 2, the seal 4 is located at the periphery of the surface common to the two glass substrates 2 and 3. It is thus arranged on the periphery of the rear glass substrate 3 except on the left side 5 for the rear glass substrate 3, in order to allow access from the outside to conductors 6 for connection with the outside. For example, a conductor 6 for connection to the outside of the end cells (la and 1c) can project outwards beyond the joint 4.
Les substrats de verre 2 et 3 sont, de préférence, constitués par un verre sodocalcique de 1,6 à 6mm d'épaisseur, une valeur typique étant de 3 à 4mm pour le substrat de verre avant 2 et de 2 à 4mm pour le substrat de verre arrière 3. The glass substrates 2 and 3 are preferably constituted by a soda-lime glass 1.6 to 6mm thick, a typical value being 3 to 4mm for the front glass substrate 2 and 2 to 4mm for the substrate rear glass 3.
Le verre est avantageusement un verre clair ou extra blanc, c'est-à-dire contenant peu de fer, car la transmission optique d'un tel verre est optimale. Le 15 verre peut également avoir subi une trempe thermique afin d'augmenter sa résistance mécanique. The glass is advantageously a clear or extra white glass, that is to say containing little iron, since the optical transmission of such a glass is optimal. The glass may also have been thermally toughened in order to increase its mechanical strength.
Les bandes de pâte d'argent 5 peuvent être réalisés en argent ou en un alliage riche en argent selon un procédé classique dans l'industrie des écrans de 20 visualisation, des panneaux à plasma en particulier. Ce procédé classique comprend le dépôt du motif désiré à partir d'une pâte d'argent, puis la cuisson entre 4000C et 6000C. L'épaisseur des bandes de pâte d'argent 5 est comprise entre 2,um et 1 5,um, plus typiquement entre 4,um et 7pim. The strips of silver paste 5 can be produced in silver or in a silver-rich alloy according to a conventional method in the industry of display screens, plasma panels in particular. This classic process includes depositing the desired pattern from a silver paste, then baking between 4000C and 6000C. The thickness of the strips of silver paste 5 is between 2.5 µm and 15.5 µm, more typically between 4 µm and 7 µm.
Selon une variante de réalisation, le procédé classique connu, décrit cidessus, est modifié et la cuisson suivant le dépôt d'une pâte d'argent 5 est effectuée à une température comprise entre 6200C et 6600C. Une telle cuisson, suivie d'un refroidissement rapide comme cela est pratiqué pour les trempes thermiques, permet de réduire la durée du cycle thermique, de réduire très fortement la résistivité du matériau d'électrodes ainsi que d'obtenir le durcissement du verre par trempe thermique. En conséquence, il est alors possible de ne pas tremper le verre des substrats 2 et 3 avant le dépôt des bandes de pâte d'argent 5. According to an alternative embodiment, the known conventional method, described above, is modified and the firing following the deposition of a silver paste 5 is carried out at a temperature between 6200C and 6600C. Such baking, followed by rapid cooling as is the practice for thermal tempering, makes it possible to reduce the duration of the thermal cycle, to very greatly reduce the resistivity of the electrode material as well as to obtain the hardening of the glass by tempering. thermal. Consequently, it is then possible not to soak the glass of the substrates 2 and 3 before the deposition of the strips of silver paste 5.
Dans une variante particulière de réalisation, la cuisson est complétée par une opération de recharge des bandes de pâte d'argent 5 par voie chimique ou électrochimique. L'opération de recharge est notamment connue dans le domaine des circuits imprimés. Elle consiste, classiquement, à déposer une ou plusieurs couches d'un métal ou d'un alliage métallique sur des conducteurs 10 existants en argent ou en alliage d'argent. Cette méthode permet de déposer des bandes de pâte d'argent 5 peu épais, donc de réduire le coût du matériau argent. Cette variante permet aussi de procéder à une cuisson à basse température des bandes de pâte d'argent 5 pour dégrader les liants organiques initialement contenus dans la pâte d'argent. Elle n'impose pas de cuisson haute 15 température de la pâte d'argent, bien qu'elle soit compatible avec une telle cuisson. Elle permet enfin, par recharge chimique ou électrochimique, d'augmenter fortement la conductivité des bandes de pâte d'argent 5 et éventuellement de les recouvrir d'une couche de protection. L'avantage tiré de cette méthode est donc une forte réduction du coût et une amélioration des 20 performances des bandes de pâte d'argent 5. In a particular variant embodiment, the cooking is completed by an operation of recharging the strips of silver paste 5 by chemical or electrochemical means. The recharging operation is particularly known in the field of printed circuits. It conventionally consists of depositing one or more layers of a metal or a metal alloy on existing conductors 10 in silver or in a silver alloy. This method makes it possible to deposit strips of thin silver paste 5, therefore reducing the cost of the silver material. This variant also makes it possible to bake the silver paste strips 5 at low temperature in order to degrade the organic binders initially contained in the silver paste. It does not require high temperature cooking of the silver paste, although it is compatible with such cooking. Finally, it makes it possible, by chemical or electrochemical recharging, to greatly increase the conductivity of the strips of silver paste 5 and possibly to cover them with a protective layer. The advantage derived from this method is therefore a great reduction in cost and an improvement in the performance of the strips of silver paste 5.
On peut, par exemple, déposer et cuire des bandes de pâte d'argent 5 d'une épaisseur cuite de 2,pm à 3,um, déposer ensuite une couche de cuivre par voie chimique comme il est classique de le faire pour les circuits imprimés, et enfin 25 déposer, toujours par voie chimique, une mince couche de protection en nickel ou en argent. L'épaisseur de cuivre déposé peut varier de 2pim à plus de 100,um, une valeur typique étant de 50,um. L'épaisseur de nickel ou d'argent déposé pourra varier de 0.1,um à plus de 2 /um, une valeur typique étant de 1 pUm. One can, for example, deposit and bake strips of silver paste 5 with a baked thickness of 2, pm to 3, um, then deposit a layer of copper by chemical means as it is conventional to do for circuits printed, and finally 25 deposit, still chemically, a thin protective layer of nickel or silver. The thickness of deposited copper can vary from 2 µm to more than 100 µm, a typical value being 50 µm. The thickness of nickel or silver deposited may vary from 0.1 μm to more than 2 μm, a typical value being 1 μm.
Comme représenté aux figures 1 et 2, un joint 4 en matériau minéral est disposé entre les substrats de verre avant 2 et arrière 3, à la périphérie du module, de manière à délimiter un volume intérieur étanche à l'intérieur duquel sont 5 disposées toutes les cellules 1. Le ramollissement en température du matériau minéral constituant le joint 4 permet de sceller ensemble les substrats de verre avant 2 et arrière 3. Le joint de scellement 4 a une épaisseur de plusieurs centaines de microns, qui dépend surtout de l'épaisseur des substrats de silicium constituant les cellules 1, à laquelle s'ajoute l'épaisseur des bandes de 10 pâte d'argent 5 constituant des conducteurs d'interconnexion, formées sur la face avant du substrat de verre arrière, connectant en série les cellules 1 en reliant un pôle positif d'une cellule la à un pôle négatif de la cellule lb adjacente. As shown in FIGS. 1 and 2, a seal 4 made of mineral material is disposed between the front 2 and rear 3 glass substrates, at the periphery of the module, so as to delimit a sealed interior volume inside which 5 are all arranged. cells 1. The softening in temperature of the mineral material constituting the seal 4 makes it possible to seal the front glass substrates 2 and rear 3. The seal seal 4 has a thickness of several hundred microns, which depends above all on the thickness silicon substrates constituting the cells 1, to which is added the thickness of the strips of silver paste 5 constituting interconnection conductors, formed on the front face of the rear glass substrate, connecting the cells 1 in series by connecting a positive pole of a cell la to a negative pole of the adjacent cell lb.
Le joint de scellement 4 a, de préférence, une largeur comprise entre 2mm et 1 Omm, plus typiquement entre 3mm et 5mm. Il est, de préférence, constitué par un verre de scellement dont la température de ramollissement est aussi basse que possible et dont le ramollissement en température permet la soudure du substrat avant 2 sur le substrat arrière 3. Ce type de produit est classique dans 20 l'industrie des écrans de visualisation à plasma ou des tubes à rayons cathodiques. Il s'agit, par exemple, d'un silicate de plomb ou d'un borosilicate de plomb contenant éventuellement quelques éléments d'addition. Le verre de scellement est, de préférence, du type non cristallisable, bien que cela ne soit pas absolument nécessaire. La granulométrie de la fritte du verre de scellement 25 est telle que le diamètre moyen est compris entre 2pim et 100,um, plus typiquement entre 6pm et 40pm. The sealing joint 4 preferably has a width of between 2mm and 1 mm, more typically between 3mm and 5mm. It is preferably made up of a sealing glass whose softening temperature is as low as possible and whose softening in temperature allows the front substrate 2 to be welded to the rear substrate 3. This type of product is conventional in 20 l industry of plasma display screens or cathode ray tubes. It is, for example, a lead silicate or a lead borosilicate possibly containing some addition elements. The sealing glass is preferably of the non-crystallizable type, although this is not absolutely necessary. The particle size of the frit of the sealing glass 25 is such that the average diameter is between 2 μm and 100 μm, more typically between 6 μm and 40 μm.
Le joint 4 est déposé sur l'un des substrats de verre ou sur les deux substrats de verre 2 et 3, selon un chemin décrit ci-dessous, c'est-àdire soit le long des quatre côtés soit, généralement, le long de trois côtés du module et en retrait sur un quatrième côté. The seal 4 is deposited on one of the glass substrates or on the two glass substrates 2 and 3, along a path described below, that is to say either along the four sides or, generally, along three sides of the module and recessed on a fourth side.
Au cours de l'opération de scellement, qui a lieu entre 3800C et 4800C pendant 5 une durée inférieure à 30 minutes, le matériau du joint de scellement 4 se ramollit fortement et rend le volume intérieur au joint de scellement étanche visà-vis, de l'extérieur. Toute diffusion d'eau vers l'intérieur du module sera interdite pendant toute la durée de vie du module. La pression du volume intérieur est de l'ordre d'une atmosphère à la température de scellement. La pression finale, 10 après refroidissement à la température ambiante, est inférieure, par exemple de l'ordre de 400millibars environ. Une dépression vis-à-vis de l'extérieur se forme donc automatiquement à l'intérieur du module et entraîne l'application d'une force par les substrats de verre 2 et 3 sur les cellules 1. Cette force assure un excellent contact entre les cellules 1 et les bandes de pâte d'argent 5 déposées 15 sur un des substrats de verre sans qu'il soit nécessaire de disposer une soudure entre les cellules 1 et des conducteurs de liaison. Ainsi, ce procédé de fabrication permet d'éliminer tous les éléments nécessaire à la soudure tout en assurant un degré élevé de protection des cellules. During the sealing operation, which takes place between 3800C and 4800C for a period of less than 30 minutes, the material of the sealing joint 4 softens considerably and makes the interior volume of the sealing joint vis-à-vis, outside. Any diffusion of water towards the interior of the module will be prohibited during the entire lifetime of the module. The pressure of the interior volume is of the order of one atmosphere at the sealing temperature. The final pressure, after cooling to room temperature, is lower, for example of the order of about 400 millibars. A vacuum vis-à-vis the outside therefore forms automatically inside the module and causes the application of a force by the glass substrates 2 and 3 on the cells 1. This force ensures excellent contact between the cells 1 and the strips of silver paste 5 deposited on one of the glass substrates without it being necessary to have a solder between the cells 1 and connecting conductors. Thus, this manufacturing process eliminates all the elements necessary for welding while ensuring a high degree of cell protection.
Selon un développement de l'invention, le volume intérieur étanche compris entre les deux substrats de verre 2 et 3 est rempli, lors de l'opération d'assemblage, par un mélange d'un ou plusieurs gaz neutres, choisis parmi l'azote, l'hélium, le néon ou l'argon. Le mélange peut également comporter de l'hydrogène ou du méthane. La présence d'une telle atmosphère neutre ou 25 réductrice permet de conserver aux cellules 1 en silicium un excellent rendement de conversion. Typiquement, et pour éviter les risques dus à la présence d'hydrogène ou de méthane, le mélange comporte moins de 8% d'hydrogène ou de méthane. According to a development of the invention, the sealed interior volume comprised between the two glass substrates 2 and 3 is filled, during the assembly operation, with a mixture of one or more neutral gases, chosen from nitrogen. , helium, neon or argon. The mixture can also include hydrogen or methane. The presence of such a neutral or reducing atmosphere makes it possible to keep the silicon cells 1 an excellent conversion efficiency. Typically, and to avoid the risks due to the presence of hydrogen or methane, the mixture comprises less than 8% of hydrogen or methane.
La fabrication d'un module va être décrit plus en détail ci-dessous, pour la réalisation d'un module photovoltaïque de 12,5cm x 12,5 cm et de 200pum. The manufacture of a module will be described in more detail below, for the production of a photovoltaic module of 12.5 cm x 12.5 cm and 200 pum.
d'épaisseur.thick.
On dispose de deux substrats de verre de 550mm x 275mm, par exemple en verre sodo-calcique. L'un d'eux, destiné à constituer le substrat de verre avant 2 est, de préférence, en verre sodo-calcique clair, c'est-à- dire contenant peu de fer. L'épaisseur des substrats de verre est, de préférence, comprise entre 2mm et 4mm (par exemple 3mm). Au-dessus de ces valeurs, le poids devient trop 10 important, tandis qu'au-dessous, les substrats sont trop fragiles. We have two glass substrates of 550mm x 275mm, for example in soda-lime glass. One of them, intended to constitute the front glass substrate 2, is preferably made of clear soda-lime glass, that is to say containing little iron. The thickness of the glass substrates is preferably between 2mm and 4mm (for example 3mm). Above these values, the weight becomes too great, while below, the substrates are too fragile.
Pour réaliser les bandes de pâte d'argent 5 sur le substrat de verre arrière 3, on prépare un mélange d'une poudre de verre et de 80% à 97% d'une poudre d'argent, d'un alliage d'argent, de cuivre nickelé ou de cuivre argenté. La poudre 15 de verre est, de préférence, constituée par du silicate de plomb de granulométrie moyenne comprise entre 0,3pm et 3, um (de préférence 0,5pm), à 12% à 20% (de préférence 15%) de silice. La poudre d'argent a une granulométrie moyenne comprise entre 0,5pim et 2pim (de préférence lpm). Ce mélange de poudres est mis en suspension dans une solution, constituée de 20 propylène glycol ou de butylène glycol, additionnée d'éthyl-cellulose. La pâte a une viscosité de 5000 centipoises à 200.000 centipoises (de préférence de l'ordre de 20.000 centipoises). To make the strips of silver paste 5 on the rear glass substrate 3, a mixture of a glass powder and 80% to 97% of a silver powder, of a silver alloy, is prepared. , nickel-plated copper or silver-plated copper. The glass powder 15 is preferably constituted by lead silicate with an average particle size of between 0.3 μm and 3 μm (preferably 0.5 μm), at 12% to 20% (preferably 15%) of silica . The silver powder has an average particle size between 0.5 pim and 2 pim (preferably lpm). This mixture of powders is suspended in a solution consisting of propylene glycol or butylene glycol, supplemented with ethyl cellulose. The dough has a viscosity of 5000 centipoises to 200,000 centipoises (preferably of the order of 20,000 centipoises).
Les bandes de pâte d'argent 5 peuvent être déposés sur le substrat de verre 25 arrière 2 par sérigraphie. Ils sont déposés selon un motif constitué de bandes de longueur voisine ou légèrement supérieure au double de la largeur d'une cellule 1, par exemple de 250 mm de long, sur le substrat de verre arrière 3. Le nombre de bandes associées à chaque cellule 1 est compris entre 2 et 10, la largeur d'une bande étant fonction de la densité du motif choisi. La largeur d'une bande peut ainsi être de l'ordre de 2mm pour un motif à 2 bandes et de l'ordre de 0,2mm pour un motif à 10 bandes. Sur le substrat de verre arrière 3, on peut réaliser une surface pleine de 120 x 120 mm par cellule, 2 bandes d'environ 5mm de large, 10 bandes d'environ 1mm de large ou un réseau fin plus dense 5 avec des bandes de 0,2mm à 0,3mm de large. Après séchage à 1400C pendant minutes dans un four à air chaud, l'épaisseur sèche des bandes de pâte d'argent 5 est comprise entre 5pm et 1 5,m (de préférence 12pim). The strips of silver paste 5 can be deposited on the rear glass substrate 2 by screen printing. They are deposited in a pattern made up of bands of length close to or slightly greater than twice the width of a cell 1, for example 250 mm long, on the rear glass substrate 3. The number of bands associated with each cell 1 is between 2 and 10, the width of a strip being a function of the density of the chosen pattern. The width of a strip can thus be of the order of 2mm for a 2-stripe pattern and of the order of 0.2mm for a 10-stripe pattern. On the rear glass substrate 3, it is possible to produce a full surface of 120 x 120 mm per cell, 2 strips of approximately 5mm wide, 10 strips of approximately 1mm wide or a denser thin network 5 with strips of 0.2mm to 0.3mm wide. After drying at 1400C for minutes in a hot air oven, the dry thickness of the strips of silver paste 5 is between 5 μm and 15 μm (preferably 12 μm).
Le substrat de verre arrière 3 est ensuite cuit afin de faire adhérer les bandes de 10 pâte d'argent 5 sur le substrat et de brûler les composants organiques contenus dans le dépôt. Cette cuisson est effectuée à une température de 4500C à 6800C, pendant 10 minutes, et est éventuellement suivie d'une trempe thermique (à plus de 6000C) qui confère au substrat de verre une grande résistance mécanique. Dans le cas o une opération de recharge est prévue, 15 l'épaisseur sèche est de préférence plus faible, par exemple de l'ordre de 3pm. The rear glass substrate 3 is then baked in order to adhere the strips of silver paste 5 to the substrate and to burn the organic components contained in the deposit. This cooking is carried out at a temperature of 4500C to 6800C, for 10 minutes, and is optionally followed by a thermal toughening (at more than 6000C) which gives the glass substrate great mechanical resistance. In the case where a refill operation is planned, the dry thickness is preferably smaller, for example of the order of 3 μm.
La recharge des bandes de pâte d'argent 5 est alors réalisée par dépôt chimique, par exemple de 50pm de cuivre et de 1pm d'argent. Une couche réfléchissante peut éventuellement être réalisée sur la face interne du substrat de verre arrière 3, sur les zones non recouvertes par les bandes de pâte 20 d'argent 5. The strips of silver paste 5 are then recharged by chemical deposition, for example of 50 μm of copper and 1 μm of silver. A reflective layer may possibly be produced on the internal face of the rear glass substrate 3, on the areas not covered by the strips of silver paste 5.
On dépose ensuite la fritte du verre de scellement destiné à former le joint 4. The frit is then deposited on the sealing glass intended to form the seal 4.
Pour cela on utilise une poudre d'une fritte de scellement de type non cristallisable sur la base d'une composition de borosilicate de plomb, de 25 granulométrie moyenne comprise entre 5,um et 100,um (12,um par exemple) et dont la température de ramollissement est de 3800C. On met cette fritte en suspension dans une solution constituée de propylène glycol additionné d'éthylcellulose. La pâte a une viscosité de l'ordre de 40.000 centipoises. On dépose un cordon de pâte à l'aide d'une seringue à la périphérie du substrat de verre arrière 3, sauf sur un côté o le cordon est déposé à 5 mm du bord, comme représenté à la figure 2. For this, use is made of a powder of a sealing frit of the non-crystallizable type based on a composition of lead borosilicate, with an average particle size of between 5 μm and 100 μm (12 μm for example) and of which the softening temperature is 3800C. This frit is suspended in a solution consisting of propylene glycol supplemented with ethylcellulose. The dough has a viscosity of around 40,000 centipoise. A bead of dough is deposited using a syringe at the periphery of the rear glass substrate 3, except on one side where the bead is deposited 5 mm from the edge, as shown in FIG. 2.
On place ensuite les cellules 1 sur le substrat de verre arrière 3. On introduit, de 5 préférence, cet ensemble dans un volume dont l'atmosphère est un mélange d'azote et d'hydrogène comportant de 0% à 8% d'hydrogène et dans lequel on positionne le substrat de verre avant 2. On place des pinces sur la périphérie du module de façon à appliquer une force d'écrasement sur le cordon de scellement. L'ensemble est alors porté à une température comprise entre 41 0C 10 et 4600C pendant 10 minutes de façon à sceller les deux substrats. Dans une variante de réalisation, l'ensemble est assemblé à l'air avant d'être introduit dans un four dans lequel on crée un vide à 10 millibars et que l'on remplit ensuite d'un mélange d'azote et d'hydrogène avant chauffage. Après refroidissement, on retire les pinces. Le module est alors prêt à être intégré 15 dans un générateur. The cells 1 are then placed on the rear glass substrate 3. This assembly is preferably introduced into a volume, the atmosphere of which is a mixture of nitrogen and hydrogen comprising from 0% to 8% hydrogen. and in which the front glass substrate is positioned 2. Pliers are placed on the periphery of the module so as to apply a crushing force on the sealing bead. The assembly is then brought to a temperature between 41 ° C. 10 and 4600 ° C. for 10 minutes so as to seal the two substrates. In an alternative embodiment, the assembly is assembled in air before being introduced into an oven in which a vacuum is created at 10 millibars and which is then filled with a mixture of nitrogen and hydrogen before heating. After cooling, the clamps are removed. The module is then ready to be integrated into a generator.
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 3, l'épaisseur des substrats de verre est réduite, ce qui permet de réduire le poids du module. Chaque substrat de verre a une épaisseur comprise entre 0,5 et 2mm, typiquement entre 0,8 et 20 1,6mm et, de préférence de 1,2mm. Les substrats de verre avant 2 et arrière 3 ont, de préférence, la même épaisseur. Les opérations de traitement thermique et, en particulier le scellement, sont plus efficaces et moins coûteuses car la masse de verre à chauffer est plus faible. Dans les modes de réalisation précédents, le substrat de verre avant était trempé pour résister aux chocs, par 25 exemple à la grêle. Dans la variante de la figure 3, les substrats de verre avant 2 et arrière 3 ne sont pas trempés. La résistance mécanique du module, en particulier, sa résistance aux chocs est néanmoins assurée par des couches de protection avant 7 et arrière 8 réalisées après l'opération de scellement, respectivement sur les faces externes des substrats de verre avant 2 et arrière 3. La couche de protection avant 7 est transparente et peut être constituée par laminage d'un film polymère transparent, par projection d'un apprêt plastifiant transparent ou par fixation, par exemple par collage ou pinçage, d'une feuille de verre trempé ou d'une feuille de polymère (polycarbonate, PMMA, etc.... La 5 couche de protection arrière 8 peut être constituée par laminage d'un film polymère, par projection d'un apprêt plastifiant ou par fixation, par exemple par collage ou pinçage, d'une feuille de polymère (polyéthylène, PVC, etc...). Le poids final du module est réduit grâce à la réduction de l'épaisseur des substrats de verre. A titre d'exemple, des substrats de verre de 4mm d'épaisseur peuvent 10 être remplacés par des substrats de verre 2 et 3 d'lmm d'épaisseur, une couche de protection avant 7 en verre trempé de 3 mm d'épaisseur et une couche de protection arrière 8 constituée par un film polymère, réduisant à 5mm l'épaisseur des couches en verre du module, tout en garantissant une bonne protection. In the variant embodiment illustrated in FIG. 3, the thickness of the glass substrates is reduced, which makes it possible to reduce the weight of the module. Each glass substrate has a thickness of between 0.5 and 2mm, typically between 0.8 and 1.6mm and preferably 1.2mm. The front 2 and rear 3 glass substrates preferably have the same thickness. Heat treatment operations, and in particular sealing, are more efficient and less costly because the mass of glass to be heated is lower. In the previous embodiments, the front glass substrate was toughened to resist impact, for example, hail. In the variant of FIG. 3, the front 2 and rear 3 glass substrates are not tempered. The mechanical resistance of the module, in particular, its impact resistance is nevertheless ensured by front 7 and rear 8 protective layers produced after the sealing operation, respectively on the external faces of the front 2 and rear 3 glass substrates. front protective layer 7 is transparent and can be formed by laminating a transparent polymer film, by spraying a transparent plasticizing primer or by fixing, for example by gluing or pinching, a sheet of tempered glass or a polymer sheet (polycarbonate, PMMA, etc .... The 5 rear protective layer 8 can be formed by laminating a polymer film, by spraying a plasticizer primer or by fixing, for example by gluing or pinching, d 'a sheet of polymer (polyethylene, PVC, etc ...). The final weight of the module is reduced thanks to the reduction of the thickness of the glass substrates. For example, glass substrates of 4mm d thickness can be replaced by glass substrates 2 and 3 of 1 mm thickness, a front protective layer 7 of 3 mm thick tempered glass and a rear protective layer 8 formed by a polymer film, reducing at 5mm the thickness of the glass layers of the module, while ensuring good protection.
Un avantage essentiel d'un module selon l'invention est une étanchéité parfaite qui lui confère une durée de vie de plusieurs dizaines d'années dans des ambiances humides. Le procédé selon l'invention permet également de réaliser des modules avec un coût de production très bas. An essential advantage of a module according to the invention is a perfect seal which gives it a lifespan of several tens of years in humid environments. The method according to the invention also makes it possible to produce modules with a very low production cost.
Un autre avantage du module selon l'invention réside dans sa conductivité thermique élevée, qui permet d'évacuer la chaleur et de maintenir une température relativement basse, ce qui permet à son tour de conserver un bon rendement de conversion des cellules photovoltaïques. Another advantage of the module according to the invention lies in its high thermal conductivity, which makes it possible to dissipate the heat and to maintain a relatively low temperature, which in turn makes it possible to maintain a good conversion efficiency of the photovoltaic cells.
Le procédé selon l'invention peut être appliqué à la réalisation de modules photovoltaïques, puis de générateurs solaires, à partir de cellules photovoltaïques carrées, rectangulaires ou rondes et dont les dimensions caractéristiques peuvent aller de quelques centimètres à plusieurs dizaines de centimètres. Les cellules sont de préférence des cellules carrées dont le côté est compris entre 8cm et 30cm. The method according to the invention can be applied to the production of photovoltaic modules, then of solar generators, from square, rectangular or round photovoltaic cells and whose characteristic dimensions can range from a few centimeters to several tens of centimeters. The cells are preferably square cells whose side is between 8cm and 30cm.
L'invention n'est pas limitée aux modes particuliers de réalisation décrits et 5 représentés ci-dessus. En particulier, les bandes de pâte d'argent peuvent être déposées sur la face interne du substrat de verre avant. L'invention s'applique à tout type de cellules photovoltaïques, non seulement à des cellules photovoltaïques au silicium, monocristallin ou polycrisallin, mais également à des cellules en arséniure de gallium, à des cellules formées par des rubans de 10 silicium, à des cellules à billes de silicium formées par un réseau de billes de silicium insérées dans des feuilles conductrices, ou à des cellules photovoltaïques formées par dépôt et gravure d'un couche mince de silicium, de cuivre/indium/sélénium ou de cadmium/tellure sur un substrat de verre ou de céramique. The invention is not limited to the particular embodiments described and 5 shown above. In particular, the strips of silver paste can be deposited on the internal face of the front glass substrate. The invention applies to all types of photovoltaic cells, not only to silicon, monocrystalline or polycrisalline photovoltaic cells, but also to gallium arsenide cells, to cells formed by silicon ribbons, to cells with silicon balls formed by an array of silicon balls inserted in conductive sheets, or with photovoltaic cells formed by depositing and etching a thin layer of silicon, copper / indium / selenium or cadmium / tellurium on a substrate glass or ceramic.
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