FR3042341A1 - PHOTOVOLTAIC OPTICAL DEVICE WITH FRONT PLASMONIC FILTRATION AND VARIABLE REVERSE MULTIPLEFRINGENCE SIMPLE CONVAVE AND DOUBLE CONVEX LOCALLY - Google Patents

PHOTOVOLTAIC OPTICAL DEVICE WITH FRONT PLASMONIC FILTRATION AND VARIABLE REVERSE MULTIPLEFRINGENCE SIMPLE CONVAVE AND DOUBLE CONVEX LOCALLY Download PDF

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Abstract

Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement caractérisé en ce qu'il comporte : - Des rangées de cellules solaires bifaciales cristallines (1) ayant une surface frontale (1f) et une surface arrière (1r) de ratio de conversion photovoltaïque minimum de 80% et interconnectées pour former une matrice (2) encapsulée entre un dioptre entrant (4) et sortant (7) dont la distance (e) séparant deux rangées est égale ou inférieure au segment d'une cellule solaire (1) - La surface prise dans le plan de la matrice (2) forme une aire (2s) - un filtre plasmonique (3) collé sur le dioptre entrant (4) et positionné en parallèle d'une rangée de cellules solaires (1) dans l'intervalle (e) séparant les cellules solaires (1) et centré sur l'axe médian entre deux rangées de cellules donc 1/2 de (e) - Une aire de transmission lumineuse (6S) constituée de l'intervalle (e) par une rangée de cellules solaires (1) - Un filtre multiréfringent variable (8) à miroir simple concave et double convexe localement (8c) collé sur la surface inférieure (7") du dioptre sortant (7) recouvrant la surface inférieure (7") d'une surface égale à l'aire (2s) et dont la zone simple concave et double convexe (8c) du filtre (8) est positionnée exactement en superposition parallèle en tout point de l'aire (6S) pour réfléchir les rayons lumineux vers la face arrière (1r) des cellules solaires et vers le filtre plasmonique (3) par divergence des rayons diffractés du miroir dichroïque simple convexe (8c) et par convergence des rayons diffractés du miroir dichroïque double concave L'axe médian de la forme simple concave du filtre optique (8) doit être à positionnée exactement et confondue avec l'axe médian entre deux rangées de cellules solaires (1) et l'axe médian du filtre plasmonique (3).Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and single concave and double convex rear variable multirefringence locally characterized in that it comprises: - rows of crystalline bifacial solar cells (1) having a front surface (1f) and a rear surface (1r) of photovoltaic conversion ratio of 80% minimum and interconnected to form a matrix (2) encapsulated between an incoming (4) and outgoing (7) diopter whose distance (e) separating two rows is equal to or smaller than the segment of a cell solar (1) - The surface taken in the plane of the matrix (2) forms an area (2s) - a plasmonic filter (3) stuck on the incoming diopter (4) and positioned in parallel with a row of solar cells ( 1) in the interval (e) separating the solar cells (1) and centered on the median axis between two rows of cells so 1/2 of (e) - A light transmission area (6S) consisting of the interval (e) by a ra Negative solar cells (1) - A variable multirefringent variable filter (8) with concave single mirror and double convex locally (8c) adhered to the lower surface (7 ") of the outgoing diopter (7) covering the lower surface (7") d a surface equal to the area (2s) and in which the single concave and double convex zone (8c) of the filter (8) is positioned exactly in parallel superposition at any point of the area (6S) to reflect the light rays towards the rear face (1r) of the solar cells and to the plasmonic filter (3) by divergence of the diffracted rays of the simple convex dichroic mirror (8c) and by convergence of the diffracted rays of the double concave dichroic mirror The median axis of the concave simple shape the optical filter (8) must be positioned exactly and coincident with the median axis between two rows of solar cells (1) and the median axis of the plasmonic filter (3).

Description

Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multifrégence variable arrière simple concave et double convexe localementPhotovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and multifrequency variable rear single concave and double convex locally

Inttp.dugûm.1,1’affInttp.dugûm.1,1'aff

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 Vînyle 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 solairesThe manufacture of crystalline photovoltaic modules requires the following process: cleaning of the glass or positioning of a material with high transparency positioning of an encapsulating film EVA "Ethylene Vinyl Acetate" which is mostly ethylene vinyl acetate on the glass or material high-transparency welding of a copper ribbon having a protective layer based on an alloy based on silver, lead and tin: the temperature of the weld does not exceed 250 ° C and does not last more 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 substrate of type P at the positive polarity 'rear face of a cell of a P type substrate' for example row layout of welded cells row interconnection for a mounting in s erie solar cells requiring solder of each line of current collector positioning a film encapsulating on the array of cells positioning a rear electric protection film or glass or other lamination insulating material for encapsulation purposes solar cells

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 entraînant 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 entraîne 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’encapsulationThis technique is used unilaterally but has drawbacks: the encapsulating material EVA has a viscosity of great variability as a function of the temperature which induces a mechanical pressure on the entire device of the interconnected solar cells the encapsulating material EVA containing 1% of water releases acetic acid and hydrogen peroxide permanently 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 creates the 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, To know 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 EVA film of the glass and the recycling of the glass comprising the EVA makes the materials constituting the too polluted glass and therefore make the recycling of non-functional module the encapsulation of 60 solar cells on monocrystalline wafer silicon of square-shaped format of 156mm side obtained by Czochralski growth method, "CZ" homojunction cell and homogeneous transmitter of 18.6% yield results in the following losses: from a ribbon interconnecting in series 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 behavior in temperature will be very affected by 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 130Qnm représentant 80% du spectrethe 18.6% solar cell on homogeneous emitter "1-0-0" CZ silicon will have a coefficient of variation of its power relative to the temperature of a negative factor of 0.45% / ° Kelvin and the crystalline modulus using 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 with EVA and transmitter cells Homogeneous is compatible but the technological evolution of homojunction cells to selective emitters and back passivations, the spectral response of cells evolve greatly making the combination of materials of a module unsuitable and inefficient the crystalline silicon module is also characterized by the optical behavior of silicon, namely a high absorption coefficient in ultraviolet "UV" and near-infrared transparency "IR" and the behavior in function The temperature of a crystalline module is closely related to the ability to capture the spectral solar band whose wavelengths from 250 to 130 nm representing 80% of the spectrum

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 longueurs d’onde qui ne sont pas utiles à la production photovoltaïque.The present invention discloses an optical integrated device for filtering the light spectrum by three components to provide the solar cell junction with photons at absorbed wavelengths and to transmit wavelengths useful for applications under the photovoltaic panel and to reflect wavelengths that are not useful for photovoltaic production.

Description du dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement :Description of the photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and single concave and double convex rear variable multirefringence locally:

Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement caractérisé selon les figures 1 et 2 en ce qu’il comporte :Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave single and double convex variable rearward displacement locally characterized according to FIGS. 1 and 2 in that it comprises:

Des rangées de cellules solaires bifadales cristallines (1) ayant une surface frontale (lf) et une surface arrière (lr) de ratio de conversion photovoltaïque minimum de 80% et interconnectées pour former une matrice (2) encapsulée entre un dioptre entrant (4) et sortant (7) dont la distance (e) séparant deux rangées est égale ou inférieure au segment d’une cellule solaire (1)Rows of crystalline bifadial solar cells (1) having a front surface (lf) and a rear surface (lr) of at least 80% photovoltaic conversion ratio and interconnected to form a matrix (2) encapsulated between an incoming diopter (4) and outgoing (7) whose distance (e) separating two rows is equal to or smaller than the segment of a solar cell (1)

La surface prise dans le plan de la matrice (2) forme une aire (2s) un filtre plasmonique (3) collé sur le dioptre entrant (4) et positionné en parallèle d’une rangée de cellules solaires (1) dans l’intervalle (e) séparant les cellules solaires (1) et centré sur l’axe médian entre deux rangées de cellules donc % de (e)The surface taken in the plane of the matrix (2) forms an area (2s) a plasmonic filter (3) stuck on the incoming diopter (4) and positioned in parallel with a row of solar cells (1) in the interval (e) separating the solar cells (1) and centered on the median axis between two rows of cells so% of (e)

Une aire de transmission lumineuse (6S) constituée de l’intervalle (e) par une rangée de cellules solaires (1)A light transmission area (6S) consisting of the interval (e) by a row of solar cells (1)

Un filtre multiréfringent variable (8) à miroir simple concave et double convexe localement (8c) collé sur la surface inférieure (7”) du dioptre sortant (7) recouvrant la surface inférieure (7”) d’une surface égale à l’aire (2s) et dont la zone simple concave et double convexe (8c) du filtre (8) est positionnée exactement en superposition parallèle en tout point de l’aire (6S) pour réfléchir les rayons lumineux vers la face arrière (lr) des cellules solaires et vers le filtre plasmonique (3) par convergence des rayons diffractés du miroir dichroïque simple concave(8c) et par divergence des rayons diffractés du miroir dichroïque double convexeA variable multirefringent filter (8) with concave single mirror and double convex locally (8c) adhered to the lower surface (7 ") of the outgoing diopter (7) covering the bottom surface (7") of a surface equal to the area (2s) and whose concave double convex double zone (8c) of the filter (8) is positioned exactly in parallel superposition at any point of the area (6S) to reflect the light rays towards the rear face (lr) of the cells to the plasmonic filter (3) by convergence of the diffracted radii of the concave single dichroic mirror (8c) and by divergence of the diffracted radii of the double convex dichroic mirror

Ce dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la figure n°3 caractérisé en ce que le filtre plasmonique (3) comporte :This photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave simple multirefringence rear single and double convex locally according to Figure No. 3 characterized in that the plasmonic filter (3) comprises:

Un film d’un polymère (3p) choisi parmi le poly(téréphtalate d’éthylène) (PET), la polyoléfine (PO), un fluoropolymère (PVDF), les polycarbonates, les acrylates ayant une micro-réplication bifadale d’un motif prismatique (3”) et (3’”) de segment inférieur ou égal à 25micron selon un angle inférieur ou égal à 60° un composé nanolaminé (3r) composé de multi-couches des matériaux choisi parmi l’Argent, l’Aluminium, le Silicium, l’Or, le Chrome, le Zinc, le Cuivre, le Nickel, le Cobalt, le lithium, le Platine des nanotubes de Carbone, de Nitrure de Bore, l’oxyde d’aluminium A1203, l’oxyde d’Hafhium Hf02, l’oxyde de Zirconium Zr02, les alliages ternaires hafnium aluminate HfxAlyOz, les alliages ternaires zirconate d’aluminate ZrxAlyOz, les alliages ternaires hafnium zirconate HfxZryOz, les alliages quaternaires hafnia zirconate d’aluminate HfxZryAlzOi, d’oxyde de Titane Ti02A film of a polymer (3p) selected from poly (ethylene terephthalate) (PET), polyolefin (PO), a fluoropolymer (PVDF), polycarbonates, acrylates having a bifadal micro-replication of a pattern prismatic (3 ") and (3 '") of segment less than or equal to 25 micron at an angle less than or equal to 60 ° a nanolamine compound (3r) composed of multi-layer materials selected from silver, aluminum, Silicon, Gold, Chromium, Zinc, Copper, Nickel, Cobalt, Lithium, Platinum Carbon Nanotubes, Boron Nitride, Aluminum oxide A1203, Oxide Hafhium Hf02, zirconium oxide Zr02, ternary alloys hafnium aluminate HfxAlyOz, ternary alloys zirconate aluminate ZrxAlyOz, ternary alloys hafnium zirconate HfxZryOz, quaternary alloys hafnia zirconate aluminate HfxZryAlzOi, titanium oxide TiO2

Le dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la figure n°2 caractérisé en ce que le filtre plasmonique (3) ait une longueur égale à la rangée de cellules solaires (1) et constitue une bande réfléchissante bifaciale.The photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and single concave rear variable multirefringence and double convex locally according to FIG. 2 characterized in that the plasmonic filter (3) has a length equal to the row of solar cells (1) and constitutes a bifacial reflective tape.

Ce dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la figure n°2 caractérisé en ce que la bande réfléchissante constituant le filtre plasmonique (3) ait une largeur inférieure au tiers l’intervalle (e) soit e/3 par unité de bande réfléchissante.This photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave single multirefringence rear single concave and double convex locally according to Figure No. 2 characterized in that the reflective band constituting the plasmonic filter (3) has a width less than one third the interval (e) E / 3 per unit of reflective tape.

Le dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la figure n°5 caractérisé en ce que l’espace libre de passage de lumière entrant et sortant à travers soit d’une largeur (e) entre deux rangées de cellules solaires (1) et de la longueur de la rangée de cellules solaires (1) pour former l’aire (6S).The photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and multilefringence variable rearward single concave and double convex locally according to Figure No. 5 characterized in that the free passage of light entering and exiting through is of a width (e) between two rows of solar cells (1) and the length of the row of solar cells (1) to form the area (6S).

Ce dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon les figures 1 et 5 caractérisé en ce que la face supérieure de la matrice (2) de cellules solaires soit encapsulée avec la surface (4”) du dioptre entrant (4) par un matériau encapsulant (5) choisi parmi les silicones, les acryliques, les fhermoplastiques.This photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave simple multirefringence rear single and double convex locally according to Figures 1 and 5 characterized in that the upper face of the matrix (2) of solar cells is encapsulated with the surface (4 ") of dioptre entering (4) by encapsulating material (5) selected from silicones, acrylics, thermoplastics.

Le dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon les figures 1 et 5 caractérisé en ce que le filtre plasmonique (3) par sa face inférieure texturée (3’”) soit orientée vers la face frontale (lf) de cellules solaires (1) et que sa face supérieure texturée (3”) soit encapsulée entre la surface (4’) du dioptre entrant (4) par un matériau encapsulant (6) choisi parmi les silicones, les acryliques, les thermoplastiques.The photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and multilefringence variable rear single concave and double convex locally according to Figures 1 and 5 characterized in that the plasmonic filter (3) by its textured underside (3 '") is oriented towards the front face (lf) solar cells (1) and that its textured upper face (3 ") is encapsulated between the surface (4 ') of the incoming diopter (4) by an encapsulating material (6) selected from silicones, acrylics, thermoplastics.

Ce dispositif est caractérisé en ce que l’aire (6S) se définit par les dimensions de l'intervalle (e) et de la longueur des rangées de cellules.This device is characterized in that the area (6S) is defined by the dimensions of the interval (e) and the length of the rows of cells.

Ce dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la figure n°5 caractérisé en ce que la surface (8s) du filtre multiréftingent variable (8) ait une surface égale à l’aire (2s) de la matrice (2) de cellules solaires (1) et constitue trois plans parallèles entre le filtre plasmonique (3) et la matrice de cellules (2) et le filtre multiréfringent variable (8) afin que le dichroïsme résultant du filtre (8) est positionné à la face inférieure (lr) des cellules solaires en superposition en tout point de cette aire (2s).This photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and single concave rear variable multirefringence and double convex locally according to FIG. 5 characterized in that the surface (8s) of the variable multireftingent filter (8) has a surface equal to the area (2s ) of the matrix (2) of solar cells (1) and constitutes three parallel planes between the plasmonic filter (3) and the matrix of cells (2) and the variable multirefringent filter (8) so that the dichroism resulting from the filter (8) ) is positioned on the underside (1r) of the solar cells superimposed at any point in this area (2s).

Le dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la figure n°4 caractérisé en ce que le filtre multiréfringent variable (8) comporte : une interface (8i) de collage à partir de matériaux choisis parmi les acryliques, les silicones une combinaison de couches (8a) et (8b) formant un nano-laminé dont chaque (8a) et (8b) varie en épaisseur comprise entre 2Angstrôm et 500Angstrôm chacune la couche (8a) est la première et la dernière couche du nano-laminé à indice de réfraction part réelle compris entre 1,45 et 1,55 sur la bande spectrale de 300 à 1600nm la couche (8b) est la combinaison de (8a) dont l’indice de réfraction part réelle varie entre 1,6 et 2 sur la bande spectrale de 300 à 1600nmThe photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave simple multirefringence rear single and double convex locally according to Figure No. 4 characterized in that the variable multi-refractive filter (8) comprises: an interface (8i) of bonding from materials selected from acrylics, silicones a combination of layers (8a) and (8b) forming a nano-laminate each of which (8a) and (8b) varies in thickness between 2 Angstrom and 500 Angstrom each layer (8a) is the first and the last layer of nano-laminate with refractive index real part between 1.45 and 1.55 on the spectral band of 300 to 1600 nm layer (8b) is the combination of (8a) whose refractive index actual part varies between 1,6 and 2 on the spectral band of 300 to 1600nm

Ce dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon les figures 2 et 4 caractérisé en ce que le filtre multiréfringent variable (8) consiste à un dichroïsme compris entre λ/10 et λ/2 du spectre incident pour une longueur d’onde λ donnée dont l’interface (8i) peut avoir une texturation de sa surface en interface avec (7”).This photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and multilefringence variable rear single concave and double convex locally according to Figures 2 and 4 characterized in that the variable multirefringent filter (8) consists of a dichroism between λ / 10 and λ / 2 of the spectrum incident for a given wavelength λ whose interface (8i) can have a texturing of its surface in interface with (7 ").

Le dispositif optique (8) caractérisé en ce que la forme convexe soit en matériau acrjdate dont la surface a le filtre multiréfringent variable et dont le diamètre (F) de la forme convexe soit au plus égale à la largeur du filtre (3) soit e/3 et dont la profondeur (h”) doit être inférieure à (e/3) pour former un miroir dichroïque paraboloïde hyperbolique convexe.The optical device (8) characterized in that the convex shape is acrjdate material whose surface has the variable multirefringent filter and whose diameter (F) of the convex shape is at most equal to the width of the filter (3) is e / 3 and whose depth (h ") must be less than (e / 3) to form a convex hyperbolic paraboloid dichroic mirror.

Le dispositif optique (8) caractérisé en ce que la forme concave soit en matériau acrylate dont la surface intérieure a le filtre multiréfringent variable et dont le diamètre (l”) de la forme concave soit au plus égale à la largeur du filtre (3) soit e/3 et dont la profondeur (h”) doit être inférieure à (e/3) pour former un miroir dichroïque paraboloïde hyperbolique concave. L’axe médian de la forme convexe du filtre optique (8) doit être à positionnée exactement et confondue avec l’axe médian entre deux rangées de cellules solaires (1) et l’axe médian du filtre plasmonique (3).The optical device (8) characterized in that the concave shape is of acrylate material whose inner surface has the variable multirefringent filter and whose diameter (l ") of the concave shape is at most equal to the width of the filter (3) ie e / 3 and whose depth (h ") must be less than (e / 3) to form a concave hyperbolic paraboloid dichroic mirror. The median axis of the convex shape of the optical filter (8) must be positioned exactly and coincident with the median axis between two rows of solar cells (1) and the median axis of the plasmonic filter (3).

Un exemple de construction d’un tel dispositif photovoltaïque se compose de : - une matrice de cellules solaires bifaciales à passivation arrière de l’emetteur formée sur silicium monocristallin dopé au Phosphore dont les dimensions du substrat pseudo-carrés sont 156,75x156,75mm pour un rayon de lingot de 205mm : la cellule solaire a une efficacité de conversion de 20,8% minimum pour une puissance maximale de 5,06Watt, interconnectée par un ruban enrobé colle conductrice d’une résine de silicone et de cuivre et nano-fils de cuivre sans plomb : la matrice (2) est constituée de 6 rangées de 10 cellules solaires la matrice est organisée pour avoir 16mm d’espace (e) entre les rangées de cellules connectées en série - dîoptre entrant (4) est un verre solaire imprimé trempé thermiquement de silicate à transmission de 96% sur le spetre solaire 1.5AM d’épaisseur de 2mm - la matrice (2) formée est encapsulée par sa face avant soumis en radiation solaire directe par un encapsulant (5) de silicone liquide transparent aux UV laminé par une lamination liquide - le dioptre sortant (7) est un verre solaire imprimé d’épaisseur de 2mm de silicate à trempe de durcissement. - le filtre plasmonique est un composé de PET micro-répliqué d’épaisseur de lOOmicron, dont les sillons formant le prisme ont un pas de 20micron et dont la surface est un nano-laminé d’Aluminium, d’oxyde d’aluminium A1203 et en couche de surface un alliage ternaire de HfxAlyOz ce qui augmente la réflectivité sur la bande spectrale de 250-400nm qui sont réfléchis par le filtre à dichroïsme et ont une largeur de 7mm - un filtre multiréfitingent variable composé de matériaux acryliques (8a) à indice de réfraction de 1,49 pour une longueur d’onde de 62Qnm et de matériaux poly-éthylène (8b) à indice de réfraction de 1,76 pour une longueur d’onde de 620nm a une interface acrylique (8i) : ce film a un réseau de 100 pour une épaisseur de 350nm et est laminé sur le dioptre sortant (7) du laminé avant de fixer les câbles et la cavité convexe a une largeur de 18mm pour une profondeur de 4,5mm.An example of the construction of such a photovoltaic device consists of: a matrix of bifacial solar cells with rear passivation of the emitter formed on Phosphorus-doped monocrystalline silicon whose dimensions of the pseudo-square substrate are 156.75 × 156.75 mm for a 205mm ingot radius: the solar cell has a conversion efficiency of 20.8% minimum for a maximum power of 5.06Watt, interconnected by a coated tape conductive glue of a silicone resin and copper and nanowires lead-free copper: the matrix (2) consists of 6 rows of 10 solar cells the array is organized to have 16mm of space (e) between rows of cells connected in series - incoming optic (4) is a solar glass 96% transmittance thermally hardened silicate print on 1.5mm solar spherre 1.5AM - the matrix (2) formed is encapsulated by its front side subjected to direct solar radiation by an encapsulant (5) of liquid silicone UV laminated by a liquid lamination - the outgoing diopter (7) is a printed solar glass with a thickness of 2 mm hardening quenching silicate. the plasmonic filter is a micro-replicated PET compound with a thickness of 100 micron, whose prism-forming grooves have a pitch of 20 micron and whose surface is a nano-laminate of aluminum, aluminum oxide A1203 and in surface layer a ternary alloy of HfxAlyOz which increases the reflectivity on the spectral band of 250-400nm which are reflected by the dichroism filter and have a width of 7mm - a variable multirefitingent filter composed of acrylic materials (8a) with index refractive index of 1.49 for a wavelength of 62 nm and of poly-ethylene material (8b) with refractive index of 1.76 for a wavelength of 620 nm at an acrylic interface (8i): this film has a network of 100 for a thickness of 350nm and is laminated on the outgoing dioptre (7) of the laminate before fixing the cables and the convex cavity has a width of 18mm for a depth of 4.5mm.

Un tel dispositif optique photovoltaïque à double filtre plasmonique arrière a une puissance lors du test d’insolation sous condition standard de 360Watt pour seulement 60 cellules solaires de 5,06WSuch a dual rear plasmon filter photovoltaic device has power in the standard 360Watt insolation test for only 60 solar cells of 5.06W

Cette invention permet la réalisation d’une augmentation de la puissance d’un module photovoltaïque à fotre transparence par une faible densité de matrice de cellules solaires par une filtration plasmonique qui n’est pas sensible au photo vieillissement par la combinaison des matériaux intégrés : la géométrie du filtre est adaptée en fonction de la réponse spectrale de la cellule solaire et correspond à la réflexion de longueurs d’ondes entre 600 et 900nm : cette fonctionnalité a un intérêt économique par le coût du silicium diminuant ainsi de 50% le nombre de cellules solaires pour la surface du dioptre entrant d’une part et d’une utilisation du spectre lumineux sortant du dioptre sortant pour diverses appEcations dont la chroma-culture de différents types de végétaux entre autres et de maîtriser le spectre transmis à travers le dispositif optique photovoltaïque pour des longueurs d’onde selon l’inclinaison de ce dernier.This invention allows the realization of an increase in the power of a photovoltaic module fotre transparency by a low density of solar cell matrix by a plasmonic filtration which is not sensitive to photo aging by the combination of integrated materials: the geometry of the filter is adapted according to the spectral response of the solar cell and corresponds to the reflection of wavelengths between 600 and 900nm: this feature has an economic interest by the cost of silicon decreasing by 50% the number of cells solar panels for the surface of the diopter entering on the one hand and a use of the light spectrum coming out of the outgoing diopter for various applications including the chroma-culture of different types of plants among others and to control the spectrum transmitted through the photovoltaic optical device for wavelengths according to the inclination of the latter.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1 — Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement caractérisé en ce qu’il comporte : Des rangées de cellules solaires bifadales cristallines (1) ayant une surface frontale (lf) et une surface arrière (lr) de ratio de conversion photovoltaïque minimum de 80% et interconnectées pour former une matrice (2) encapsulée entre un dioptre entrant (4) et sortant (7) dont la distance (e) séparant deux rangées est égale ou inférieure au segment d’une cellule solaire (1) La surface prise dans le plan de la matrice (2) forme une aire (2s) un filtre plasmonique (3) collé sur le dioptre entrant (4) et positionné en parallèle d’une rangée de cellules solaires (1) dans l’intervalle (e) séparant les cellules solaires (1) et centré sur l’axe médian entre deux rangées de cellules donc % de (e) Une aire de transmission lumineuse (6S) constituée de l’intervalle (e) par une rangée de cellules solaires (1) Un filtre multiréfringent variable (8) à miroir simple concave et double convexe localement (8c) collé sur la surface inférieure (7”) du dioptre sortant (7) recouvrant la surface inférieure (7”) d’une surface égale à l’aire (2s) et dont la zone simple concave et double convexe (8c) du filtre (8) est positionnée exactement en superposition parallèle en tout point de l’aire (6S) pour réfléchir les rayons lumineux vers la face arrière (lr) des cellules solaires et vers le filtre plasmonique (3) par divergence des rayons diffractés du miroir dichroïque simple convexe (8c) et par convergence des rayons diffractés du miroir dichroïque double concave L’axe médian de la forme simple concave du filtre optique (8) doit être à positionnée exactement et confondue avec l’axe médian entre deux rangées de cellules solaires (1) et l’axe médian du filtre plasmonique (3). 2 — Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la revendication précédente caractérisé en ce que le filtre plasmonique (3) comporte : Un film d’un polymère (3p) choisi parmi le poly(téréphtalate d’éthylène) (PET), la polyoléfine (PO), un fluoropolymère (PVDF), les polycarbonates, les acrylates ayant une micro-réplication bifaciale d’un motif prismatique (3”) et (3’”) de segment inférieur ou égal à 25micron selon un angle inférieur ou égal à 60° un composé nanolaminé (3r) composé de multi-couches des matériaux choisi parmi l’Argent, l’Aluminium, le Silicium, l’Or, le Chrome, le Zinc, le Cuivre, le Nickel, le Cobalt, le lithium, le Platine des nanotubes de Carbone, de Nitrure de Bore, l’oxyde d’aluminium A1203, l’oxyde d’Hafhium Hf02, l’oxyde de Zirconium Zr02, les alliages ternaires hafnium aluminate HfxAlyOz, les alliages ternaires zirconate d’aluminate ZrxAlyOz, les alliages ternaires hafnium zirconate HfxZryOz, les alliages quaternaires hafnia zirconate d’aluminate HfeZryAlzOi, d’oxyde de Titane Ti02 3 — Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable amère simple concave et double convexe localement selon la revendication précédente caractérisé en ce que le filtre plasmonique (3) ait une longueur égale à la rangée de cellules solaires (1) constituant une bande réfléchissante bi-faciale et ait une largeur inférieure au tiers l’intervalle (e) soit e/3 par unité de bande réfléchissante. 4 — Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable amère simple concave et double convexe localement selon la revendication n°l caractérisé en ce que la face frontale (lf) de la matrice (2) de cellules solaires soit encapsulée avec la surface (4’) du dioptre entrant (4) par un matériau encapsulant (5) choisi parmi les silicones, les acryliques, les thermoplastiques.1 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and single concave and double convex rear variable multirefringence locally characterized in that it comprises: Rows of crystalline bifadial solar cells (1) having a front surface (lf) and a rear surface ( lr) of minimum photovoltaic conversion ratio of 80% and interconnected to form a matrix (2) encapsulated between an incoming diopter (4) and outgoing (7) whose distance (e) separating two rows is equal to or smaller than the segment of a solar cell (1) The surface taken in the plane of the matrix (2) forms an area (2s) a plasmonic filter (3) stuck on the incoming diopter (4) and positioned in parallel with a row of solar cells ( 1) in the interval (e) separating the solar cells (1) and centered on the median axis between two rows of cells so% of (e) A light transmission area (6S) consisting of the int ervalle (e) by a row of solar cells (1) A variable multirefringent variable filter (8) with concave single mirror and double convex locally (8c) adhered to the lower surface (7 ") of the outgoing diopter (7) covering the lower surface (7 ") of an area equal to the area (2s) and whose single concave and double convex zone (8c) of the filter (8) is positioned exactly in parallel superposition at any point in the area (6S) for reflect the light rays towards the rear face (1r) of the solar cells and towards the plasmonic filter (3) by divergence of the diffracted radii of the simple convex dichroic mirror (8c) and by convergence of the diffracted rays of the double concave dichroic mirror. the simple concave shape of the optical filter (8) must be positioned exactly and coincident with the median axis between two rows of solar cells (1) and the median axis of the plasmonic filter (3). 2 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and multilefringence variable rear single concave and double convex locally according to the preceding claim characterized in that the plasmonic filter (3) comprises: A film of a polymer (3p) selected from poly (terephthalate ethylene) (PET), polyolefin (PO), fluoropolymer (PVDF), polycarbonates, acrylates with bifacial micro-replication of a prismatic pattern (3 ") and (3 '") of lower segment or equal to 25 micron at an angle less than or equal to 60 ° a nanolamine compound (3r) composed of multi-layer materials selected from among silver, aluminum, silicon, gold, chromium, zinc, copper , Nickel, Cobalt, Lithium, Platinum Carbon Nanotubes, Boron Nitride, Aluminum Oxide A1203, Hafhium Oxide Hf02, Zirconium Oxide Zr02, Ternary Hafnium Aluminate Alloys HfxAlyOz, the alliag ternary aluminate zirconate ZrxAlyOz, ternary alloys hafnium zirconate HfxZryOz, quaternary alloys hafnia zirconate aluminate HfeZryAlzOi, titanium oxide TiO2 3 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and bire variable multirefringence simple concave and double convex locally according to the preceding claim characterized in that the plasmonic filter (3) has a length equal to the row of solar cells (1) constituting a reflective band bi-facial and has a width less than one third the interval (e) is e / 3 per unit of reflective tape. 4 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and bire-shaped diffuse multirefringence simple concave and double convex locally according to claim 1, characterized in that the front face (1f) of the matrix (2) of solar cells is encapsulated with the surface ( 4 ') of the incoming diopter (4) by an encapsulating material (5) chosen from silicones, acrylics and thermoplastics. 5 - Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable amère simple concave et double convexe localement selon la revendication n°l caractérisé en ce que le filtre plasmonique (3) par sa face inférieure texturée (3’”) soit orientée vers la face frontale (lf) de cellules solaires (1) et que sa face supérieure texturée (3”) soit encapsulée entre la surface (4”) du dioptre entrant (4) par un matériau encapsulant (6) choisi parmi les silicones, les acryliques, les thermoplastiques. 6 — Dispositif optique photovoltaique à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la revendication n°l caractérisé en ce que la surface (8s) du filtre multiréfringent variable (8) ait une surface égale à l’aire (2s) de la matrice (2) de cellules solaires (1) et constitue trois plans parallèles entre le filtre plasmonique (3) et la matrice de cellules (2) et le filtre multiréfringent variable (8) afin que le dichroïsme résultant du filtre (8) est positionné à la surface (7”) en superposition en tout point de cette aire (2s) et en parallèle en tout point de cette aire (2s) derrière le dioptre sortant (7) et du filtre plasmonique (3). 7 — Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la revendication n°l caractérisé en ce que le filtre multiréfringent variable (8) comporte : une interface (8i) de collage à partir de matériaux choisis parmi les acryliques, les silicones une combinaison de couches (8a) et (8b) formant un nano-laminé dont chaque (8a) et (8b) varie en épaisseur comprise entre 2Angstrôm et 500Angstrôm chacune la couche (8a) est la première et la dernière couche du nano-laminé à indice de réfraction part réelle compris entre 1,45 et 1,55 sur la bande spectrale de 300 à 1600nm la couche (8b) est la combinaison de (8a) dont l’indice de réfraction part réelle varie entre 1,6 et 2 sur la bande spectrale de 300 à 1600nm. 8 — Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la revendication n°l et la revendication n°7 précédente caractérisé en ce que le filtre multiréfringent variable (8) consiste à un dichroïsme compris entre λ/10 et λ/2 du spectre incident pour une longueur d’onde λ donnée et dont l’interface (8i) peut avoir une texturation de sa surface en interface avec (7”). 9 — Dispositif optique photovoltaique à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable arrière simple concave et double convexe localement selon la revendication n°l et n°8 caractérisé en ce que la forme concave soit en matériau acrylate dont la surface a le filtre multiréfringent variable et dont le diamètre (Γ) de la forme convexe soit au plus égale à la largeur du filtre (3) soit e/3 et dont la profondeur (h’) doit être inférieure à (e/3) pour former un miroir dichroïque paraboloïde hyperbolique concave. 10 — Dispositif optique photovoltaïque à filtration plasmonique frontale et multiréfringence variable amère simple concave et double convexe localement selon la revendication n°l et n°8 caractérisé en ce que la forme convexe soit en matériau acrylate dont la surface intérieure a le filtre multiréfringent variable et dont le diamètre (l”) de la forme concave soit au plus égale à la largeur du filtre (3) soit e/3 et dont la profondeur (h”) doit être inférieure à (e/3) pour former un miroir dichroïque paraboloïde hyperbolique convexe.5 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and bire variable multirefringence simple concave and double convex locally according to claim No. 1 characterized in that the plasmonic filter (3) by its textured lower face (3 '") is oriented towards the face front view (lf) of solar cells (1) and that its textured upper face (3 ") is encapsulated between the surface (4") of the incoming diopter (4) by an encapsulating material (6) chosen from silicones, acrylics, thermoplastics. 6 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and single concave and double convex rear variable multirefringence locally according to claim 1, characterized in that the surface (8s) of the variable multirefringent filter (8) has an area equal to the area ( 2s) of the matrix (2) of solar cells (1) and constitutes three parallel planes between the plasmonic filter (3) and the matrix of cells (2) and the variable multirefringent filter (8) so that the dichroism resulting from the filter ( 8) is positioned on the surface (7 ") superimposed at any point of this area (2s) and in parallel at any point of this area (2s) behind the outgoing diopter (7) and the plasmonic filter (3). 7 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave single multirefringence rearward simple concave and double convex locally according to claim No. 1 characterized in that the variable multi-refractive filter (8) comprises: an interface (8i) of bonding from selected materials among the acrylics, the silicones a combination of layers (8a) and (8b) forming a nano-laminate each of which (8a) and (8b) varies in thickness between 2 Angstrom and 500 Angstrom each layer (8a) is the first and the last layer of nano-laminate with refractive index real part between 1.45 and 1.55 on the spectral band of 300 to 1600 nm layer (8b) is the combination of (8a) whose refractive index actual part varies between 1.6 and 2 on the spectral band of 300 to 1600nm. 8 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave single multirefringence rearward rearward and double convex locally according to claim 1 and claim 7 above characterized in that the variable multirefringent filter (8) consists of a dichroism between λ / 10 and λ / 2 of the incident spectrum for a given wavelength λ and whose interface (8i) can have a texturing of its surface in interface with (7 "). 9 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and concave simple multirefringence rear single and double convex locally according to claim 1 and 8 characterized in that the concave shape is acrylate material whose surface has the variable multirefringent filter and whose the diameter (Γ) of the convex shape is at most equal to the width of the filter (3) is e / 3 and whose depth (h ') must be less than (e / 3) to form a concave hyperbolic paraboloid dichroic mirror . 10 - Photovoltaic optical device with frontal plasmonic filtration and bitter variable multirefringence simple concave and double convex locally according to claim 1 and 8 characterized in that the convex form is acrylate material whose inner surface has the variable multirefringent filter and whose diameter (1 ") of the concave shape is at most equal to the width of the filter (3) is e / 3 and whose depth (h") must be less than (e / 3) to form a paraboloid dichroic mirror hyperbolic convex.
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