FR3039927A1 - Dispositif photovoltaique semi-transparent actif sur ses deux faces et ses procedes de fabrication - Google Patents

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Abstract

Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces comportant au moins - un premier module photovoltaïque semi-transparent présentant une pluralité de zones actives photovoltaïques opaques dont les dimensions sont telles qu'elles ne sont pas perceptibles à l'œil nu et une pluralité de zones de transparence, lesdites zones actives photovoltaïques étant disposées sur un substrat transparent et composées d'au moins une électrode transparente, une couche d'absorbeur et une électrode métallique ; - un deuxième module photovoltaïque semi-transparent présentant une pluralité de zones actives photovoltaïques opaques et une pluralité de zones de transparence tels que la forme et les dimensions des zones actives photovoltaïques et des zones de transparence soient identiques à celles du premier module photovoltaïque, lesdites zones actives photovoltaïques étant disposées sur un substrat transparent et composées d'au moins une électrode transparente, une couche d'absorbeur et une électrode métallique ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que les deux modules sont positionnés de manière à ce que leurs électrodes métalliques soient face à face et en ce que les zones actives du premier module photovoltaïque soient exactement en face des zones actives correspondantes du deuxième module photovoltaïque.

Description

Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces et ses procédés de fabrication
Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine des dispositifs photovoltaïques semi-transparents à base de cellules photovoltaïques opaques en couches minces, et plus précisément des dispositifs photoactifs sur leurs deux faces (avant et arrière). Elle se rapporte également à des procédés de fabrication de tels dispositifs photovoltaïques.
Etat de la technique
Par couches minces ou de faibles épaisseurs, on entend des cellules photovoltaïques composées de matériaux organiques ou inorganiques dont l’épaisseur peut varier de quelques centaines de nanomètres à quelques centaines de micromètres. Ces cellules photovoltaïques sont généralement formées d’une couche photoactive, également appelée absorbeur, et de deux électrodes conductrices (l’une transparente en face avant également appelée anode et l’autre métallique en face arrière également appelée cathode).
On appelle dispositif photovoltaïque actif sur ses deux faces un ensemble de deux cellules photovoltaïques en couches minces associées via leurs faces arrières respectives, et comportant sur les deux faces externes du dispositif les deux électrodes transparentes de chacune des cellules, deux couches photoactives, et deux électrodes métalliques éventuellement mutualisées entre les deux cellules.
Ce type de dispositif photovoltaïque est connu sous la forme de cellules pleines entièrement opaques. Toutefois, il n’existe pas de tels dispositifs semi-transparents, à travers lesquels un observateur puisse voir une image ou une scène sans percevoir les zones actives photovoltaïques, tout en permettant à cette surface de produire de l’énergie électrique indifféremment sur ses deux faces.
La plupart des cellules photovoltaïques en couches minces sont opaques ou faiblement transparentes. Pour atteindre des niveaux de transparence plus importants, l’ablation à l’échelle microscopique d’une partie des matériaux non transparents constitutifs de la cellule a déjà été décrite. En particulier, on connaît dans l’état de l’art à travers le brevet US4795500 (Sanyo Electric) un dispositif photovoltaïque ayant une pluralité de zones de transparence invisibles à l’œil nu, positionnées et dimensionnées de manière à transmettre une partie de la lumière reçue par ledit dispositif. Le procédé employé est un procédé de photolithographie où la gravure est réalisée par voie humide sur une ou deux couches minces de la cellule, comme décrit dans le brevet US5334259 (Sanyo Electric). Il existe également des procédés alternatifs de gravure par microgouttelettes déposées par impression jet d’encre (WO2011018602) ou en voie sèche, notamment par ablation laser (W02009098459).
Dans le cas d’une gravure par voie humide, les solutions utilisées doivent avoir des vitesses de gravure des dernières couches de matériaux très élevées par rapport aux premières couches, sans quoi les premières couches sont gravées latéralement préférentiellement. Les matériaux sont alors endommagés, ce qui réduit considérablement l’efficacité du dispositif photovoltaïque. Certains dispositifs, selon la nature des matériaux et l’épaisseur des couches minces, peuvent même être incompatibles avec le procédé de gravure par voie humide.
De même, dans le cas des gravures sèches par ablation laser, la multiplication des matériaux induit une utilisation d’une pluralité de lasers qui opèrent à des longueurs d’ondes différentes et qui doivent être parfaitement réalignés pour enlever la matière de manière uniforme couche après couche.
Ces fortes contraintes de procédés n’ont pas rendu possible jusqu’alors la fabrication et l’industrialisation de dispositifs photovoltaïques semi-transparents actifs sur leurs deux faces à partir de deux cellules photovoltaïques formées par un empilement d’une multitude de couches minces sur un substrat unique.
Objets de l’invention
La présente invention vise à résoudre ces problèmes en proposant un dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces à partir de deux modules semi-transparents indépendants, ainsi que plusieurs procédés d’obtention de ces dispositifs.
Le premier objet de l’invention est un dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces comportant au moins : - un premier module photovoltaïque semi-transparent présentant une pluralité de zones actives photovoltaïques opaques dont les dimensions sont telles qu’elles ne sont pas perceptibles à l’œil nu et une pluralité de zones de transparence, lesdites zones actives photovoltaïques étant disposées sur un substrat transparent et composées d’au moins une électrode transparente, une couche d’absorbeur et une électrode métallique ; - un deuxième module photovoltaïque semi-transparent présentant une pluralité de zones actives photovoltaïques opaques et une pluralité de zones de transparence tels que la forme et les dimensions des zones actives photovoltaïques et des zones de transparence soient identiques à celles du premier module photovoltaïque, lesdites zones actives photovoltaïques étant disposées sur un substrat transparent et composées d’au moins une électrode transparente, une couche d’absorbeur et une électrode métallique ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que les deux modules sont positionnés de manière à ce que leurs électrodes métalliques soient face à face et en ce que les zones actives du premier module photovoltaïque soient sensiblement en face des zones actives correspondantes du deuxième module photovoltaïque. Le résultat sera d’autant meilleur que l’alignement des zones actives sera exact.
On appelle au sens large un « module photovoltaïque » soit une cellule photovoltaïque unique, soit un ensemble de cellules photovoltaïques identiques ou différentes, non connectées électriquement entre elles ou connectées en série ou en parallèle.
Les zones actives photovoltaïques et les zones de transparence peuvent être de formes quelconques et de dimensions telles que l’oeil humain nu ne les distingue pas. Pour ce faire, la largeur des zones photovoltaïques est de préférence inférieure à 200 micromètres. La transparence des modules photovoltaïques est fonction de la fraction surfacique occupée par les zones actives photovoltaïques opaques.
Suivant les modes de réalisation, la distance entre les deux modules photovoltaïques peut être nulle ou telle que, quel que soit l’angle d’observation dudit dispositif, la surface apparente des zones actives photovoltaïques du deuxième module n’excède pas 10% de la surface apparente des zones actives photovoltaïques du premier module. Cette contrainte permet de minimiser les phénomènes optiques de parallaxe, c’est-à-dire une différence de perception du dispositif en fonction de son angle d’observation. En effet, un observateur placé dans une direction normale à la surface du dispositif verra principalement la couleur de la couche d’absorbeur du premier module photovoltaïque alors que plus il s’éloigne de la normale et plus il perçoit le reflet de l’électrode métallique du deuxième module photovoltaïque.
Il est noté que selon les variantes de réalisation il est possible d’avoir deux modules photovoltaïques accolés, chacun ayant son propre substrat, ou les deux modules utilisant un substrat commun.
Suivant les modes de réalisation, les électrodes transparentes, les couches d’absorbeurs et les électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques sont constituées de matériaux différents ou identiques.
Selon certains modes de réalisation retenus, les couches d’absorbeur sont constituées d’un ou de plusieurs matériaux semi-conducteurs inorganiques et/ou organiques, par exemple des couches minces à base de silicium amorphe ou microcristallin, de GaAs (arséniure de gallium), de CdTe (tellurure de cadmium), de CIGS (cuivre - indium -gallium - sélénium) ou à base de polymères. Il peut s’agir de jonctions de type p-i-n ou p-n, ou encore d’architectures tandem, c’est-à-dire comportant plusieurs couches de matériaux qui absorbent préférentiellement une partie différente du spectre lumineux. Elles peuvent être conçues pour convertir la lumière visible et/ou la lumière ultra-violette et/ou la lumière infrarouge en électricité.
Avantageusement, le choix du matériau absorbeur est réalisé pour maximiser la capture des photons dans les conditions d’éclairement visées. En particulier, la couche d’absorbeur d’un des deux modules photovoltaïques peut être constituée d’un matériau dont le spectre d’absorption est adapté à une bonne capture des photons en lumière solaire extérieure, alors que la couche d’absorbeur de l’autre module maximise la capture des photons d’une lumière artificielle intérieure, à plus faible luminosité.
Dans un mode de réalisation particulier dudit dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces, les zones actives ou les zones de transparence des deux modules photovoltaïques sont organisées en réseaux de structures géométriques élémentaires, linéaires, circulaires ou polygonales. Lesdites zones de cellules photovoltaïques peuvent être par exemple des bandes photovoltaïques et lesdites zones de transparence des bandes libres équidistantes. Alternativement, les zones actives photovoltaïques peuvent former un réseau d’hexagones en nid d’abeille ou délimiter un réseau de microtrous.
Suivant différents modes de réalisation, le substrat transparent peut être constitué d’un matériau solide tel que le verre minéral, le verre organique ou encore un polymère de type PMMA, PET ou polycarbonate, et peut être rigide ou flexible.
Dans un mode de réalisation particulier non représenté, l’un au moins des substrats transparents est recouvert d’une surface fonctionnelle, par exemple antireflet ou anti-UV. Avantageusement, cette surface antireflet peut minimiser les réflexions
Dans un certain mode de réalisation, les électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques sont directement en contact ou reliées entre elles par un matériau électriquement conducteur. Les surfaces des zones d’interface entre les zones actives et les zones de transparence peuvent alors être passivées à l’aide d’un isolant électrique transparent, organique ou inorganique. Cette passivation sert à éviter qu’il puisse y avoir un contact électrique entre l’électrode transparente et l’électrode métallique lors de la jonction des électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques à l’aide d’un matériau électriquement conducteur. « D’une manière générale, la présente description ne mentionne pas la réalisation des connexions électriques et l’ajout de composants électroniques nécessaires à l’alimentation d’une batterie par le dispositif photovoltaïque actif sur ses deux faces. La mise en commun des électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques nécessite d’adapter le système électronique du dispositif photovoltaïque obtenu par le procédé objet de cette invention. L’homme du métier effectuera ces adaptations en mettant en oeuvre ses connaissances techniques générales.
Dans un autre mode de réalisation, les électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques sont séparées par un matériau électriquement isolant.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication dudit dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces, dans lequel procédé - On approvisionne un premier module photovoltaïque dont les zones actives photovoltaïques sont disposées sur un substrat transparent et sont composées d’au moins une électrode transparente, une couche d’absorbeur et une électrode métallique ; - on approvisionne un deuxième module photovoltaïque dont les zones actives photovoltaïques sont disposées sur un substrat transparent et sont composées d’au moins une électrode transparente, une couche d’absorbeur et une électrode métallique ; on dépose un alliage approprié sur les électrodes métalliques d’au moins un des deux modules photovoltaïques ; - on aligne les zones actives photovoltaïques du premier module photovoltaïque avec les zones actives du deuxième module photovoltaïque en positionnant les électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques en regard les unes des autres ; - on met en contact et on solidarise les deux modules photovoltaïques par chauffage ou optionnellement sous ultrasons dans le cas d’électrodes métalliques recouvertes d’un alliage.
La spécificité de ce procédé réside dans la création de liaisons chimiques intermoléculaires covalentes ou faibles à l’interface des électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques semi-transparents. Ce collage par adhérence moléculaire nécessite que les surfaces à coller soient suffisamment lisses, exemptes de particules ou de contaminations, et qu’elles soient suffisamment proches pour permettre d’initier un contact, typiquement à une distance inférieure à quelques nanomètres. L’état de surface de l’électrode métallique est connu par l’homme du métier, qui peut employer un prétraitement, par exemple par polissage mécanique ou nettoyage chimique. L’énergie de la liaison intermoléculaire augmente généralement avec la température, d’où une étape de chauffage en fin de procédé, qui peut être réalisée sous vide ou sous atmosphère contrôlée. L’étape d’alignement est réalisée au moyen d’une machine qui permet d’aligner face à face et dans toutes les directions de l’espace les zones actives photovoltaïques et les zones de transparence. Le positionnement peut se faire soit au moyen de croix d’alignement conçues sur les deux modules photovoltaïques lors de la réalisation des zones de transparence, soit en utilisant directement la géométrie des zones actives photovoltaïques ou des zones de transparence, identiques sur les deux modules photovoltaïques. Cette étape permet ainsi de maximiser la transparence du dispositif photovoltaïque actif sur ses deux faces à partir d’une fraction surfacique de zones actives donnée.
Dans une variante dudit procédé de fabrication, au moins l’un des deux modules photovoltaïques peut subir une finition avant l’étape d’alignement, qui consiste à déposer sur l’électrode métallique un alliage, typiquement à base d’étain et/ou d’argent et/ou de cuivre. Après alignement, les deux modules photovoltaïques sont soudés par chauffage ou sous ultrasons. L’alliage peut également être déposé sous la forme d’une couche mince sur l’électrode métallique de l’un au moins des deux modules photovoltaïques avant qu’il ne soit gravé et rendu semi-transparent. Dans ce cas, on approvisionne directement les deux modules photovoltaïques prêts à être assemblés.
Alternativement, un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication dudit dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces, dans lequel procédé - on approvisionne un premier module photovoltaïque dont les zones actives photovoltaïques sont disposées sur un substrat transparent et sont composées d’au moins une électrode transparente, une couche d’absorbeur et une électrode métallique ; - on approvisionne un deuxième module photovoltaïque dont les zones actives photovoltaïques sont disposées sur un substrat transparent et sont composées d’au moins une électrode transparente, une couche d’absorbeur et une électrode métallique ; - on dépose un précurseur de polymère liquide ou solide transparent et électriquement isolant sur l’un au moins des deux modules photovoltaïques de manière à ce que ledit polymère recouvre intégralement les zones de transparence et les zones actives du module photovoltaïque ; - on aligne les zones actives photovoltaïques du premier module photovoltaïque avec les zones actives du deuxième module photovoltaïque en positionnant les électrodes métalliques des deux modules photovoltaïques en regard les unes des autres ; - on met en contact les deux modules photovoltaïques et on procède à la réticulation dudit précurseur de polymère pour obtenir une liaison entre les deux modules photovoltaïques.
On appelle précurseur de polymère une résine liquide ou un film solide photoréticulable ou thermoréticulable, c’est-à-dire qui polymérise en présence d’un rayonnement UV, d’un faisceau d’électrons ou par chauffage.
Dans un mode de réalisation particulier non représenté, ledit dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces est disposé sur une image fixe ou animée, imprimée ou générée électroniquement par des composants rétroéclairés, électroluminescents ou réfléchissants.
Encore un autre objet de l’invention concerne l’intégration du dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces dans la housse ou coque de protection d’un appareil électronique tel qu’un téléphone portable ou un smartphone. Un utilisateur peut alors visualiser les informations affichées sur l’écran de son dispositif électronique à travers la surface photovoltaïque lorsque la housse est fermée. Dans ce mode, la housse produit de l’énergie sur sa face externe via la lumière ambiante et éventuellement sur sa face interne via la lumière générée par le dispositif électronique. Dans un autre mode dans lequel l’utilisateur utilise le dispositif, la housse est ouverte et peut potentiellement produire de l’énergie simultanément sur ses deux faces.
De tels dispositifs photovoltaïques actifs sur leurs deux faces peuvent également trouver leurs applications dans la réalisation de vitrages, d’écrans, et plus largement dans tout type de produit qui intègre une surface semi-transparente exposée à la lumière sur ses deux faces.
Figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de sa description détaillée, en relation avec les figures, dans lesquelles : - les figures 1a et 1b illustrent respectivement une vue tridimensionnelle et une vue en coupe transversale d’un dispositif photovoltaïque selon l’invention ; - les figures 2a, 2b, 2c, et 2d montrent schématiquement en coupe transversale des objets qui illustrent différentes étapes d’un premier procédé selon l’invention ; les figures 3a, 3b, 3c, 3d et 3e montrent schématiquement en coupe transversale des objets qui illustrent différentes étapes d’une variante du premier procédé selon l’invention ; les figures 4a, 4b, 4c, 4d et 4e montrent schématiquement en coupe transversale des objets qui illustrent différentes étapes d’un autre procédé selon l’invention ;
La figure 5 représente en coupe transversale une variante de la structure d’un module photovoltaïque semi-transparent multicouches selon l’invention ;
Les figures 6a, 6b, 6c, 6d représente les produits intermédiaires correspondants aux étapes d’une variante du procédé selon l’invention.
Les figures ne sont pas à l’échelle, les épaisseurs relatives des composants du dispositif étant volontairement exagérées pour mieux faire apparaître sa structure.
Description détaillée
On se réfère à la figure 1. qui illustre une vue tridimensionnelle (figure 1a) et une vue en coupe transversale (figure 1 b) d’un dispositif photovoltaïque selon l’invention. Ce dispositif est composé de deux modules photovoltaïques semi-transparents 1 et 2 comportant chacun une multitude de zones actives photovoltaïques 3’ et 3” sous la forme de bandes parallèles séparées par des zones de transparence 4’ et 4” sous la forme de bandes libres (figure 1aï.
La figure 1b est une vue en coupe transversale du dispositif selon un plan qui contient la droite matérialisée par la double flèche de la figure 1a et qui est orthogonal aux surfaces qui contiennent les zones actives photovoltaïques 3’ et 3”. Ces dernières sont disposées sur des substrats transparents 5’ et 5” et sont composées d’électrodes transparentes 6’ et 6”, de couches d’absorbeurs 7’ et 7” et d’électrodes métalliques 8’ et 8”. Les deux modules 1 et 2 sont positionnés de manière à ce que leurs électrodes métalliques 8’ et 8” soient face à face et en ce que les zones actives 3’ du premier module photovoltaïque 1 soient exactement alignées avec les zones actives correspondantes 3” du deuxième module photovoltaïque 2. Ainsi, par symétrie, le dispositif objet de l’invention produit de l’énergie électrique en captant des photons à travers l’une et/ou l’autre de ses faces externes. Néanmoins, selon l’angle d’observation du dispositif, il est possible de visualiser à la fois la couche d’absorbeur 7’ du premier module photovoltaïque 1 et l’électrode métallique 8” du deuxième module photovoltaïque 2 (observateur 11’) ou bien uniquement la couche d’absorbeur 7’ du premier module photovoltaïque 1 (observateur 11”). L’aspect visuel d’un matériau absorbeur et d’une électrode métallique étant assez différent, cela va modifier la perception de l’observateur 11 s’il se déplace par rapport à la surface du dispositif (phénomène optique de parallaxe). Afin que l’aspect visuel du dispositif soit homogène quelle que soit la position de l’observateur 11 par rapport à sa surface, il faut que la surface apparente de l’électrode métallique 8” du deuxième module photovoltaïque 2 n’excède pas 10% de la surface apparente de l’absorbeur 7’ du premier module photovoltaïque 1. Cette contrainte dépend de différents paramètres que l’on peut contrôler, à savoir la distance d entre les électrodes métalliques 8’ et 8”, l’épaisseur e des zones actives photovoltaïques 3’ et 3” et la largeur I des zones actives photovoltaïques 3’ et 3”.
La figure 2 montre de manière schématique les différentes étapes d’un premier procédé selon l’invention pour fabriquer un dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces. On approvisionne un premier module photovoltaïque semi-transparent 1 dont les zones actives photovoltaïques 3’ sont disposées sur un substrat transparent 5’ et sont composées d’au moins une électrode transparente 6’, une couche d’absorbeur 7’ et une électrode métallique 8’ (figure 2a). De manière indépendante, on approvisionne un deuxième module photovoltaïque 2 dont les zones actives photovoltaïques 3” sont disposées sur un substrat transparent 5” et sont composées d’au moins une électrode transparente 6”, une couche d’absorbeur 7” et une électrode métallique 8” (figure 2b). L’étape suivante consiste à aligner dans toutes les directions de l’espace les zones actives photovoltaïques 3’ du premier module photovoltaïque 1 avec les zones actives correspondantes 3” du deuxième module photovoltaïque 2 (figure 2c). Les deux modules photovoltaïques 1 et 2 sont positionnés tels que leurs électrodes métalliques 8’ et 8” soient face à face. L’alignement peut être réalisé grâce à des croix d’alignements préconçues sur les deux modules 1 et 2, ou en utilisant directement la géométrie des zones actives photovoltaïques 3’ et 3” ou des zones de transparence 4’ et 4”, identiques sur les deux modules photovoltaïques 1 et 2. Enfin, on met en contact les électrodes métalliques 8’ et 8” des deux modules photovoltaïques 1 et 2 en contrôlant la distance inter électrodes puis on les solidarise par chauffage, la température étant dépendante des matériaux qui composent les électrodes métalliques 8’ et 8” (figure 2dï. Cette étape de collage moléculaire nécessite également un état de surface adéquat des deux électrodes métalliques 8’ et 8” qui peuvent être polies de manière à favoriser le contact entre lesdites électrodes 8’ et 8”. Il en résulte que ces dernières sont mises en commun et forment une électrode métallique unique 8 par laquelle les deux modules photovoltaïques 1 et 2 sont reliés pour former le dispositif photovoltaïque semi-transparent objet de l’invention.
La figure 3 montre de manière schématique une variante dudit premier procédé selon l’invention pour fabriquer un dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces. Les deux premières étapes (figures 3a et 3b) correspondent exactement aux mêmes étapes que celles précédemment décrites (figures 2a et 2b respectivement), dans lesquelles on approvisionne de manière indépendante les deux modules photovoltaïques semi-transparents 1 et 2. L’étape suivante consiste à déposer sur les électrodes métalliques 8” du module photovoltaïque 2 un alliage 9 approprié aux matériaux constitutifs des électrodes métalliques 8’ et 8” (figure 3c). L’alliage 9 est généralement composé d’un mélange de plusieurs métaux tels que l’étain, l’argent, le cuivre. Une autre étape consiste à aligner dans toutes les directions de l’espace les zones actives photovoltaïques 3’ du premier module photovoltaïque 1 avec les zones actives correspondantes 3” du deuxième module photovoltaïque 2 (figure 3d). Après mise en contact de l’électrode métallique 8’ avec l’alliage 9, on procède au chauffage ou à la mise sous ultrasons du système afin de solidariser les deux modules photovoltaïques 1 et 2 (figure 3e). Ce procédé s’apparente à une soudure. Il est connu dans le domaine du packaging en microélectronique et employé dans le procédé dit « procédé C4 ». Selon la distance imposée entre les deux électrodes métalliques 8’ et 8” et la quantité d’alliage 9 déposée, la forme de la soudure peut varier. Dans cette variante de procédé, les deux modules photovoltaïques 1 et 2 sont connectés électriquement via leurs électrodes métalliques 8’ et 8”.
La figure 4 montre de manière schématique un troisième procédé pour fabriquer un dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces. Comme dans le cas du premier procédé, les deux premières étapes (figures 4a et 4b) correspondent aux mêmes étapes que celles décrites aux figures 2a et 2b respectivement, dans lesquelles on approvisionne de manière indépendante les deux modules photovoltaïques semi-transparents 1 et 2. On dépose une couche d’un précurseur de polymère liquide 10 optiquement transparent sur la surface du deuxième module photovoltaïque 2 comprenant les zones actives photovoltaïques 3” (figure 4c). On ajuste le positionnement respectif des deux modules 1 et 2 de façon à aligner leurs zones actives photovoltaïques 3’ et 3” (figure 4d). Après avoir positionné et aligné correctement les deux modules photovoltaïques 1 et 2, on procède à la réticulation du précurseur 10 qui forme ainsi un polymère 12 solide (figure 4e). En fonction du choix du précurseur de polymère 10, ladite réticulation peut être faite par voie thermique ou, de préférence, par voie photochimique en choisissant un précurseur de polymère 10 photoréticulable.
La figure 5 représente la structure d’un module photovoltaïque semi-transparent multicouches selon une variante de l’invention, et contenant 2 électrodes conductrices transparentes 6’ et 6”, 2 couches d’absorbeurs 7’ et 7” et 2 électrodes métalliques 8’ et 8” (ces 2 couches ne forment en réalité qu’une seule couche dans le cas où les matériaux constituant les deux électrodes métalliques sont identiques). Optionnellement, la couche conductrice transparente 6’ déposée sur le substrat 5 peut ne pas être ablatée pour faciliter le procédé de fabrication du module. Le procédé associé, décrit à la figure 6. consiste à approvisionner un module photovoltaïque multicouches pleine plaque (figure 6a). à déposer une résine de masquage 13 selon le motif souhaité sur l’électrode conductrice transparente 6” (figure 6b). à graver en une ou plusieurs étapes successives plusieurs des couches constitutives du module (soit par voie humide à l’aide d’une ou plusieurs solutions liquides de gravure, soit par voie sèche à l’aide d’un plasma - figure 6c) et enfin à dissoudre la résine de masquage 13 pour obtenir le module PV double couches actives semi-transparent (figure 6d). Un procédé alternatif (non représenté) consiste à ablater directement les couches à l’aide d’un faisceau laser, qui se déplace selon un motif prédéfini.
Liste des repères utilisés sur les figures :

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces comportant au moins : - un premier module photovoltaïque semi-transparent (1) présentant une pluralité de zones actives photovoltaïques (3) opaques dont les dimensions sont telles qu’elles ne sont pas perceptibles à l’œil nu et une pluralité de zones de transparence (4), lesdites zones actives photovoltaïques (3) étant disposées sur un substrat transparent (5) et composées d’au moins une électrode transparente (6), une couche d’absorbeur (7) et une électrode métallique (8) ; - un deuxième module photovoltaïque semi-transparent (2) présentant une pluralité de zones actives photovoltaïques (3’) opaques et une pluralité de zones de transparence (4’) tels que la forme et les dimensions des zones actives photovoltaïques (3’) et des zones de transparence (4’) soient sensiblement identiques à celles du premier module photovoltaïque (1), lesdites zones actives photovoltaïques (3’) étant disposées sur un substrat transparent (5’) et composées d’au moins une électrode transparente (6’), une couche d’absorbeur (7’) et une électrode métallique (8’) ; - ledit dispositif étant caractérisé en ce que les deux modules (1,2) sont positionnés de manière à ce que leurs électrodes métalliques (8,8’) soient face à face et en ce que les zones actives (3’) du premier module photovoltaïque (1) soient sensiblement en face, et de préférence exactement en face, des zones actives correspondantes (3”) du deuxième module photovoltaïque (2).
  2. 2. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance (d) entre les deux modules photovoltaïques (1,2) est nulle ou telle que, quel que soit l’angle d’observation dudit dispositif, la surface apparente des zones actives photovoltaïques (3’) du deuxième module (2) n’excède pas 10% de la surface apparente des zones actives photovoltaïques (3”) du premier module (1).
  3. 3. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes transparentes (6,6’), les couches d’absorbeurs (7,7’) et les électrodes métalliques (8,8’) des deux modules photovoltaïques (1,2) sont constituées de matériaux différents.
  4. 4. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes transparentes (6,6’), les couches d’absorbeurs (7,7’) et les électrodes métalliques (8,8’) des deux modules photovoltaïques (1,2) sont constituées de matériaux identiques.
  5. 5. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces des zones d’interface entre les zones actives (3,3’) et les zones de transparence (4,4’) sont passivées à l’aide d’un isolant électrique transparent, organique ou inorganique.
  6. 6. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites couches d'absorbeur (7,7’) sont constituées de matériaux semi-conducteurs inorganiques et/ou organiques, par exemple des couches minces à base de silicium amorphe ou microcristallin, de GaAs (arséniure de gallium), de CdTe (tellurure de cadmium), de CIGS (cuivre - indium - gallium - sélénium) ou à base de polymères.
  7. 7. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones actives (3,3’) ou les zones de transparence (4,4’) sont organisées en réseaux de structures géométriques élémentaires, linéaires, circulaires ou polygonales.
  8. 8. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat transparent (5,5’) est constitué d’un matériau solide tel que le verre minéral, le verre organique ou encore un polymère de type PMMA, PET ou polycarbonate, et en ce qu’il peut être rigide ou flexible.
  9. 9. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat transparent (5,5’) est recouvert d’une surface fonctionnelle, par exemple antireflet ou anti-UV.
  10. 10. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes métalliques (8,8’) des deux modules photovoltaïques (1,2) sont directement en contact ou reliées entre elles par un matériau conducteur électriquement.
  11. 11. Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les électrodes métalliques (8,8’) des deux modules photovoltaïques (1,2) sont séparées par un matériau isolant électriquement.
  12. 12. Procédé de fabrication d’un dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel procédé - on approvisionne un premier module photovoltaïque (1) dont les zones actives photovoltaïques (3) sont disposées sur un substrat transparent (5) et sont composées d’au moins une électrode transparente (6), une couche d’absorbeur (7) et une électrode métallique (8) ; - on approvisionne un deuxième module photovoltaïque (2) dont les zones actives photovoltaïques (3’) sont disposées sur un substrat transparent (5’) et sont composées d’au moins une électrode transparente (6’), une couche d’absorbeur (7’) et une électrode métallique (8’) ; on aligne les zones actives photovoltaïques (3) du premier module photovoltaïque (1) avec les zones actives (3’) du deuxième module photovoltaïque (1) en positionnant les électrodes métalliques (8,8’) des deux modules photovoltaïques (1,2) en regard les unes des autres ; - on met en contact et on solidarise les deux modules photovoltaïques (1,2) par chauffage ou optionnellement sous ultrasons dans le cas d’électrodes métalliques (8,8’) recouvertes d’un alliage (9).
  13. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’on dépose un alliage approprié (9) sur les électrodes métalliques (8,8’) d’au moins un des deux modules photovoltaïques (1,2).
  14. 14 - Procédé de fabrication d’un dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications 1, 2, 3,, 5, 6, 7, 8, 9, 11 dans lequel : - on approvisionne un premier module photovoltaïque (1) dont les zones actives photovoltaïques (3) sont disposées sur un substrat transparent (5) et sont composées d’au moins une électrode transparente (6), une couche d’absorbeur (7) et une électrode métallique (8) ; - on approvisionne un deuxième module photovoltaïque (2) dont les zones actives photovoltaïques (3’) sont disposées sur un substrat transparent (5’) et sont composées d’au moins une électrode transparente (6'), une couche d’absorbeur (7’) et une électrode métallique (8’) ; - on dépose un précurseur de polymère liquide ou solide (10) transparent et électriquement isolant sur l’un au moins des deux modules photovoltaïques (1,2) de manière à ce que ledit polymère (10) recouvre au moins partiellement les zones de transparence (4,4’) et les zones actives (3,3') du module photovoltaïque (1.2); - on aligne les zones actives photovoltaïques (3) du premier module photovoltaïque (1) avec les zones actives (3’) du deuxième module photovoltaïque (1) en positionnant les électrodes métalliques (8,8’) des deux modules photovoltaïques (1,2) en regard les unes des autres ; - on met en contact les deux modules photovoltaïques (1,2) et on procède à la réticulation dudit précurseur de polymère (10) pour obtenir une liaison entre les deux modules photovoltaïques (1,2).
  15. 15 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent actif sur ses deux faces selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’il est disposé sur une image fixe ou animée, imprimée ou générée électroniquement par des composants rétroéclairés, électroluminescents ou réfléchissants.
  16. 16 - Housse de protection d’un appareil électronique tel qu’un téléphone portable ou un smartphone, caractérisée en ce qu’elle comprend un ou plusieurs dispositifs photovoltaïques semi-transparents actifs sur leurs deux faces selon l’une quelconque des revendications 1 à 11
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