-1- Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique Introduction à l'art : La fabrication de module photovoltaïque cristallin requiert le processus suivant : nettoyage du verre ou positionnement d'un matériau à forte transparence positionnement d'un film encapsulant EVA « Ethylène Vinyle Acétate » qui est en majorité de l'éthylène vinyle acétate sur le verre ou matériau à forte transparence soudure d'un ruban de cuivre ayant une couche de protection à base d'un alliage à base d'argent, de plomb et d'étain : la température de la soudure n'excède pas 250°C et ne dure pas plus de 3 secondes par cellules solaires ayant des zones en forme de ligne collecteur de courant des métallisations de l'émetteur sur une largeur de 1,5 à 3 millimètres interconnexion de la polarité négative 'face avant d'une cellule d'un substrat de type P à la polarité positive 'face arrière d'une cellule d'un substrat de type P` par exemple disposition en rangée de cellules soudées interconnexion des rangées pour un montage en série des cellules solaires nécessitant une soudure de chaque ligne de collecteur de courant positionnement d'un film encapsulant sur la matrice de cellules positionnement d'un film arrière de protection électrique ou d'un verre ou autre matériaux isolant lamination à des fins d'encapsulation des cellules solaires Cette technique est unilatéralement utilisée mais a des inconvénients : le matériau encapsulant EVA a une viscosité d'une grande variabilité en fonction de la température ce qui induit une pression mécanique sur l'ensemble du dispositif des cellules solaires interconnectées le matériau encapsulant EVA contenant 1% d'eau libère de l'acide acétique et du peroxyde d'hydrogène en permanence qui se retrouvent piégés dans le module photovoltaïque entrainant des corrosions, des réactions chimiques avec les surfaces des cellules solaires, des réactions chimiques avec la surface intérieure du verre et crée la corrosion du verre par la formation de halogénures qui sont des pièges d'électrons mais aussi avec le polymère utilisé en protection électrique du module le matériau EVA ayant un indice de réfraction part réelle variant entre 1,49 et 1,47 sur la bande de rayonnement solaire, ce qui correspond une réponse spectrale proche du verre blanc utilisé, à savoir que le verre ait un traitement particulier le matériau EVA étant réticulé à la surface du verre, il est très difficile de séparer par quelques techniques que ce soient le film EVA du verre et le recyclage du verre comportant l'EVA rend les matériaux constituant le verre trop pollués et donc rendent le recyclage du module non fonctionnel l'encapsulation de 60 cellules solaires sur silicium monocristallin de wafer de format pseudo carré de 156mm de côté obtenu par la méthode de croissance Czochralski, « CZ » cellule à homojonction et émetteur homogène de 18,6% de rendement entraine les pertes suivantes : à partir d'un ruban interconnectant en série les cellules de 2mm de largeur par 0,2mm d'épaisseur et interconnectant les rangées de cellules thermo-soudées par un ruban de 5 par 0,3mm, les pertes électriques sont de 2,5% les pertes optiques sont de 1% pour un verre avec une couche de silice poreuse d'indice de réfraction variant entre 1,23 et 1,33 pour un verre de transmittance sur le spectre solaire de 93% le module cristallin de ces 60 cellules solaires de 18,6% aura un rendement de 15,85% soit 2,75% et son comportement en température sera très affecté par l'encapsulation la cellule solaire de 18,6% sur silicium CZ d'orientation « 1-0-0 » à émetteur homogène aura un coefficient de variation de sa puissance par rapport à la température d'un facteur négatif de 0,45%/°Kelvin et le module cristallin utilisant l'EVA entre autre aura un coefficient de variation de sa puissance d'un facteur négatif de 0,51%/°K la combinaison des matériaux verres à 93% de transmittance avec l'EVA et des cellules à émetteur homogène est compatible mais l'évolution technologique des cellules à homojonction vers des émetteurs sélectifs et des passivations arrières, la réponse spectrale des cellules évoluent grandement rendant la combinaison des matériaux d'un module impropre et non efficiente le module cristallin silicium se caractérise également par le comportement optique du silicium à savoir un fort coefficient d'absorption dans les ultra-violets « UV » et une quasi transparence aux infrarouges « IR » et le comportement en fonction de la température d'un module cristallin est intimement lié à la capacité de capter la bande solaire spectrale dont les longueurs d'onde de 250 à 1300nm représentant 80% du spectre 3024284 -2- La présente invention décrit un dispositif intégré optique permettant de filtrer le spectre lumineux par trois composants pour apporter à la jonction de cellule solaire les photons aux longueurs d'onde absorbées et transmettre les longueurs d'onde utiles à des applications sous le panneau photovoltaïque et réfléchir les 5 longueurs d'onde qui ne sont pas utiles à la production photovoltaïque. Description du dispositif intégré optique photovoltaïque : Le dispositif intégré optique photovoltaïque comme le montre la figure n°1 se caractérise : 10 Filtre entrant Cellules photovoltaïques sur silicium cristallin espacées par rangée d'une distance égale à 9/10 de la cote la plus grande d'une cellule solaire Filtres plasamoniques se faisant face à angle de 120° se faisant face entre deux rangées de cellules solaires 15 Filtre plasmonique dit entrant est positionné de chaque côté d'une cellule solaire à une distance inférieure à 8mtri de la cellule solaire avec un angle de 120° des motifs en réflexion vers le filtre entrant et l'autre filtre plasmonique centré Filtre plasmonique dit sortant est centré à 72,5mm entre les cellules solaires avec un angle de 120° des motifs en réflexion vers les cellules solaires 20 Filtre arrière La figure n°2 décrit le positionnement et le type de filtres dans l'espace du module photovoltaïque Le filtre entrant et arrière est soumis à l'irradiation solaire et doit avoir une transmittance de 92% sur la 25 bande spectrale 275-1500nrn et il est choisis parmi les polymères, le Polyméthacrylate, polymère type FEP Perfluoro Ethylène Propylène, les verres ou une combinaison de ces matériaux dont la face intérieure du filtre a une surface imprimée dont le motif d'impression est une structure prismatique d'un pas du réseau inférieur à la longueur d'onde la plus élevée absorbée par la jonction de semiconducteurs dopés des cellules solaires.-1- Photovoltaic optical device with plasmonic filtration Introduction to the art: The manufacture of crystalline photovoltaic module requires the following process: glass cleaning or positioning of a highly transparent material positioning of a film encapsulating EVA "Ethylene Vinyl Acetate" which is in the majority of ethylene vinyl acetate on glass or material with high transparency welding of a copper ribbon having a protective layer based on an alloy based on silver, lead and tin: the solder temperature does not exceed 250 ° C and lasts no longer than 3 seconds per solar cells having current collector-like areas of the emitter metallizations over a width of 1.5 to 3 millimeters interconnection of the negative polarity 'front face of a cell of a P-type substrate to the positive polarity' rear face of a cell of a P type substrate for example row arrangement of cells or interconnecting rows for serial mounting of solar cells requiring soldering of each current collector line positioning a film encapsulating on the array of cells positioning an electric protective backing film or glass or other materials lamination insulation for the purpose of encapsulation of solar cells This technique is used unilaterally but has drawbacks: the encapsulating material EVA has a viscosity of great variability as a function of temperature which induces a mechanical pressure on the entire device interconnected solar cells the encapsulating material EVA containing 1% water releases acetic acid and hydrogen peroxide permanently which are trapped in the photovoltaic module causing corrosions, chemical reactions with the surfaces of solar cells, chemical reactions with the inner surface of the glass and created e corrosion of the glass by the formation of halides which are traps of electrons but also with the polymer used in electrical protection of the module the EVA material having a refractive index real part varying between 1.49 and 1.47 on the strip of solar radiation, which corresponds to a spectral response close to the white glass used, namely that the glass has a particular treatment the EVA material being crosslinked on the surface of the glass, it is very difficult to separate by some techniques that it is the film EVA glass and the recycling of glass with EVA makes the materials constituting the glass too polluted and therefore make the recycling of the non-functional module the encapsulation of 60 solar cells on monocrystalline wafer silicon of pseudo-square format of 156mm side obtained by the Czochralski growth method, homozygous "CZ" cells and homogeneous emitters yielding 18.6% lead to the following losses: from a ribbon interconnecting in series the cells 2mm wide by 0.2mm thick and interconnecting the rows of heat-sealed cells with a ribbon of 5 by 0.3mm, the electrical losses are 2.5% the optical losses are 1% for a glass with a porous silica layer of refractive index varying between 1.23 and 1.33 for a glass of transmittance on the solar spectrum of 93% the crystalline modulus of these 60 solar cells of 18.6% will have a yield of 15.85% or 2.75% and its temperature behavior will be very affected by encapsulation the solar cell of 18.6% on silicon CZ orientation "1-0-0 "With homogeneous emitter will have a coefficient of variation of its power with respect to the temperature of a negative factor of 0,45% / ° Kelvin and the crystalline module using the EVA among others will have a coefficient of variation of its power of a negative factor of 0.51% / ° K the combination of glass materials with 93% transmittance e with EVA and cells with homogeneous emitter is compatible but the technological evolution of homojunction cells towards selective emitters and back passivations, the spectral response of the cells evolve greatly making the combination of the materials of a module unsuitable and unsuitable efficient the crystalline silicon module is also characterized by the optical behavior of silicon namely a high absorption coefficient in ultraviolet "UV" and a quasi-infrared transparency "IR" and the behavior as a function of the temperature of a The crystal module is intimately related to the ability to capture the spectral solar band whose wavelengths from 250 to 1300 nm representing 80% of the spectrum. The present invention describes an integrated optical device for filtering the light spectrum by three components. to bring to the solar cell junction the photons at the wavelengths absorbed and tra nsmitting useful wavelengths to applications under the photovoltaic panel and reflecting the wavelengths that are not useful for photovoltaic production. Description of the integrated photovoltaic optical device: The integrated photovoltaic optical device as shown in FIG. 1 is characterized: Incoming filter Photovoltaic cells on crystalline silicon spaced apart by a row equal to 9/10 of the largest dimension d A solar cell facing each other at a 120 ° angle facing each other between two rows of solar cells. Incoming plasmonic filter is positioned on either side of a solar cell at a distance of less than 8 m. 120 ° angle of the patterns in reflection towards the incoming filter and the other plasmonic filter centered Plasmonic filter said outgoing is centered at 72.5mm between the solar cells with an angle of 120 ° of patterns in reflection towards the solar cells. Figure n ° 2 describes the positioning and the type of filters in the space of the photovoltaic module. It is subjected to solar irradiation and must have a transmittance of 92% over the 275-1500 nmr spectral band and is selected from polymers, Polymethacrylate, Perfluoro Ethylene Propylene FEP polymer, glasses or a combination of these materials. whose inner face of the filter has a printed surface whose printing pattern is a prismatic structure with a pitch of the grating less than the highest wavelength absorbed by the doped semiconductor junction of the solar cells.
30 Le filtre plasmonique est un film extrudé en PET (Polytéréphtalate) texturé sur lequel est appliqué une couche d'un matériau choisi parmi l'aluminium, le chrome, le nickel, l'argent, l'or, le platine, le cuivre ou un alliage à 20% massique minimum de ces métaux : le complexe PET-Me a un motif de texturation qui peut être des tranchées aux parois d'un angle de 60° constituant un angle ouvert de 120° des lignes formées. Ce 35 filtre plasmonique a des espaces de parois de 20 à 50 micromètres constituant les plans parallèles de diffraction de 120°. Le filtre plasmonique positionné de chaque côté de cellule solaire a la longueur des cellules solaires ou la 40 longueur de leur assemblage par connexion et la largeur de minimum 1,5 à 30mrn maximum. Le filtre plasmonique centré a la longueur des cellules solaires ou la longueur de leur assemblage par connexion et la largeur de minimum 1,5 à 30mm maximum. La construction de ce dispositif intégré optique dans les plans x, y, z est défini par un ratio d'espace d'espace 45 libre de transmission du spectre solaire entre les cellules solaires sur silicium de 55% de la surface totale du module photovoltaïque et que l'espace libre entre deux cellules corresponde à 92% d'une cellule solaire et que le filtre plasmonique entrant soit positionné avant le filtre arrière à une distance inférieure à sa largeur de la cellule solaire et que son orientation des plans de réflexion à 120° soit dirigée vers le filtre entrant et les plans parallèles de réflexion parallèles aux cellules solaires et que le filtre plasmonique dit sortant soit positionné à mi-distance 50 entre deux rangées de cellules solaires sous le filtre entrant et que son orientation des plans de réflexion à 120° soit dirigée vers le filtre arrièret et les plans parallèles de réflexion parallèles aux cellules solaires. La figure n°3 décrit le principe de fonctionnement : 55 Le dispositif intégré optique a pour effet : de filtrer les longueurs d'onde utiles à la production photovoltaïque in-situ dans le module photovoltaïque, de réfléchir la lumière traversant l'espace libre entre deux rangées de cellules solaires de réfléchir le spectre de filtre plasmonique en continuité de diffraction 60 de filtrer le spectre par absorption des longueurs d'onde supérieure à l200nm et de réfléchir le spectre des longueurs d'onde inférieure à 1000nm 3024284 -3- les cellules solaires étant espacées de 145mm soit un espace libre de passage du spectre solaire à travers le module photovoltaïque de 55%, ce qui sera utile pour une exploitation du spectre dans l'application sur serre en verre l'espace libre correspond à 92% de la surface d'une cellule solaire 5 le système de filtration permet la réflexion de spectre perdu dans l'espace libre en créant une ombre de 11% maximum de l'espace libre le système optique permet d'augmenter par filtration plasmonique le spectre utile à la jonction PN du silicium des cellules solaires. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60The plasmonic filter is an extruded PET (polyterephthalate) film on which is applied a layer of a material selected from aluminum, chromium, nickel, silver, gold, platinum, copper or a minimum 20% by weight alloy of these metals: the PET-Me complex has a texturing pattern which can be 60 ° angle wall trenches constituting an open angle of 120 ° of the formed lines. This plasmonic filter has wall spaces of 20 to 50 micrometers constituting parallel 120 ° diffraction planes. The plasmonic filter positioned on either side of the solar cell has the length of the solar cells or the length of their assembly per connection and the minimum width is 1.5 to 30 nm maximum. The plasmonic filter centered at the length of the solar cells or the length of their assembly by connection and the width of minimum 1.5 to 30mm maximum. The construction of this optical integrated device in the x, y, z planes is defined by a ratio of free space space 45 of transmission of the solar spectrum between the solar cells on silicon of 55% of the total surface of the photovoltaic module and that the free space between two cells corresponds to 92% of a solar cell and that the incoming plasmonic filter is positioned before the rear filter at a distance less than its width from the solar cell and that its orientation of the reflection planes to 120 ° is directed towards the incoming filter and the parallel parallel reflection planes to the solar cells and the so-called outgoing plasmonic filter is positioned halfway between two rows of solar cells under the incoming filter and that its orientation of the reflection planes to 120 ° is directed towards the rear filter and the parallel parallel reflection planes to the solar cells. FIG. 3 describes the principle of operation: The optical integrated device has the effect of: filtering the wavelengths useful for in-situ photovoltaic production in the photovoltaic module, of reflecting light passing through the free space between two rows of solar cells reflect the spectrum spectrum of diffractive continuity plasmonic filter 60 to filter the spectrum by absorption of wavelengths greater than 1200 nm and to reflect the spectrum of wavelengths less than 1000 nm the cells solar space spaced 145mm is a free space of passage of the solar spectrum through the photovoltaic module of 55%, which will be useful for a spectrum exploitation in the application on glass greenhouse clear space corresponds to 92% of the surface of a solar cell 5 the filtration system allows the reflection of spectrum lost in the free space by creating a shadow of up to 11% of the free space the The optical system makes it possible to increase by plasmonic filtration the spectrum useful at the PN junction of the silicon of the solar cells. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60