FR3061606A1 - Procede d'ablation laser de couches minces pour la realisation de modules photovoltaiques semi-transparents - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de modules photovoltaïques semi-transparents par ablation laser de couches minces, lesdits modules comportant au moins un substrat (1) transparent, un premier matériau conducteur (2) déposé sur une des faces dudit substrat transparent (1) et jouant le rôle de contact arrière, une couche photo-active appelée absorbeur (3) déposée sur ledit premier matériau conducteur (2), une couche tampon (4) optionnelle, et un second matériau conducteur (5) jouant le rôle de contact avant, le procédé comportant les opérations de gravure laser suivantes ; - une première étape consistant à graver à l'aide d'un premier faisceau laser de fluence F1 une première tranchée (6) de largeur L1; - une deuxième étape consistant à graver à l'aide d'un deuxième faisceau laser de fluence F2 une deuxième tranchée (7) de largeur L2 sur un premier bord (61) de la première tranchée (6), - une troisième étape consistant à graver à l'aide d'un troisième faisceau laser de fluence F3 une troisième tranchée de largeur L3 sur un second bord (62) de la première tranchée (6), - le procédé étant caractérisé en ce que les fluences F1, F2 et F3 des trois faisceaux laser sont choisies telles que F2 < F1 et F3 < F1.

Description

Titulaire(s) :
SUNPARTNER TECHNOLOGIES.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : GLOBAL INVENTIONS.
® PROCEDE D'ABLATION LASER DE COUCHES MINCES POUR LA REALISATION DE MODULES PHOTOVOLTAÏQUES SEMI-TRANSPARENTS.
FR 3 061 606 - A1 (® L'invention concerne un procédé de fabrication de modules photovoltaïques semi-transparents par ablation laser de couches minces, lesdits modules comportant au moins un substrat (1 ) transparent, un premier matériau conducteur (2) déposé sur une des faces dudit substrat transparent (1 ) et jouant le rôle de contact arrière, une couche photo-active appelée absorbeur (3) déposée sur ledit premier matériau conducteur (2), une couche tampon (4) optionnelle, et un second matériau conducteur (5) jouant le rôle de contact avant, le procédé comportant les opérations de gravure laser suivantes;
- une première étape consistant à graver à l'aide d'un premier faisceau laser de fluence F1 une première tranchée (6) de largeur Lj ;
- une deuxième étape consistant à graver à l'aide d'un deuxième faisceau laser de fluence F2 une deuxième tranchée (7) de largeur L2 sur un premier bord (61) de la première tranchée (6),
- une troisième étape consistant à graver à l'aide d'un troisième faisceau laser de fluence F3 une troisième tranchée de largeur L3 sur un second bord (62) de la première tranchée (6),
- le procédé étant caractérisé en ce que les fluences F1,
F? et F3 des trois faisceaux laser sont choisies telles que F? <F1et3F3<F1.
Figure FR3061606A1_D0001
Procédé d'ablation laser de couches minces pour la réalisation de modules photovoltaïques semi-transparents
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de modules photovoltaïques par ablation laser de cellules photovottaïques en couches minces. Elle vise plus spécialement un procédé laser permettant l'obtention de cellules photovoltaïques semi-transparentes dont le taux de transparence est obtenu par la io création d'un réseau plus ou moins dense de zones de transparences géométriques dans la structure desdites couches minces.
ETAT DE LA TECHNIQUE
T s On distingue dans te littérature plusieurs familles de matériaux photovoltaïques tels que les matériaux solides cristallisés, tes matériaux à petites molécules organiques, tes couches minces solides- Les couches minces solides sont particulièrement adaptées à la technologie photovoltaïque semi-transparente du fait de leurs très faibles épaisseurs. Les temps de mise en œuvre du procédé selon ladite 20 technologie en sont considérablement réduits.
Les dispositifs photovoltaïques en couches minces sont composés d'un empilement de plusieurs couches de matériaux, d'épaisseurs pouvant aller de quelques nanomètres à quelques micromètres. Le matériau absorbant la lumière peut être du silicium amorphe ou un alliage de cuivre, d'indium, de galkim et de sélénium selon les 25 technologies. Le matériau photovoltaïque qui résulte dudit alliage est appelé ci-après « CIGS ». Dans la technologie à couches minces CIGS, la cellule photovoltaïque est composée :
- d'un substrat transparent, par exempte du verre ou un polymère (d'épaisseur comprise entre quelques centaines de pm à environ 3mm);
- d'une électrode en face arrière composée d'une fine couche métallique par exemple du molybdène (Mo) jouant le rôle de contact arrière. Cette électrode est aussi appelée « back contact » (8C) en terminologie anglo-saxonne;
- d'une couche photo-active généralement appelée «absorbeur», par exempte du CIGS (épaisseur d'environ 1-2 pm);
- d'une couche tampon appelée aussi « Buffer Layer » en terminologie anglosaxonne, constituée par exemple par du sulfure de cadmium (CdS) ou du sulfure d'indium (ïruSa) (épaisseur de quelques dizaines de nm);
- d'une électrode transparente en face avant appelée « front contact » en terminologie anglo-saxonne, généralement un oxyde métallique transparent par exemple de l'oxyde de zinc (ZnO).
La transparence des cellules photovoltaiques est très recherchée dans l'industrie du bâtiment. Bte peut être obtenue par des procédés de gravure, de lithographie et/ou d'ablation laser. La transparence obtenue par lithographie permet d'obtenir d'excellents résultats mais le procédé de lithographie associé est lent et coûteux en termes d'investissement. Ce procédé comporte plusieurs étapes d'insolation et de gravure selon les différentes couches (gravures par voie sèche ou par voie humide avec une chimie adaptée). Les étapes sont successives et peuvent englober jusqu'à 8 étapes. De plus, ce procédé est difficile à mettre en œuvre sur des grandes surfaces (supérieures au mètre carré) qui sont nécessaires au monde du bâtiment.
La transparence obtenue par ablation laser présente quant à elle de nombreux avantages :
- une plus grande simplicité de mise en œuvre,
- un investissement moins coûteux,
- des cadences de production plus élevées.
L'état de la technique fait apparaître des méthodes d'ablation laser de couches successives tel que décrites dans te brevet de Nexpower (US 2009/0151783 Al), La méthode d'ablation laser décrite dans ce brevet pour limiter les court-circuit entre couches associe un laser et un masque pour réaliser des trous de diamètres différents dans les différentes couches. Cependant ce document ne précise pas la nature du laser utilisé ni tes dimensions recherchées.
L’état de la technique fait également apparaître des procédés réalisant des gravures fines (<100 pm) par ablation laser, qui sont réalisées la plupart du temps avec des lasers nanoseconde infra-rouge (IR) ou vert, mais l’état de Fart ne mentionne pas de technique d'ablation laser pour réaliser des gravures larges (>100pm).
Cependant, dans te cas de vitrages photovoltaïques, lorsqu'elles sont réalisées selon un motif en bandes par exemple, tes zones de transparence peuvent présenter une largeur importante de l'ordre de quelques millimètres. Deux types de laser peuvent être utilisés pour réaliser ce type d'ablation : les lasers à impulsion courtes tels que tes lasers picosecondes et femto secondes, et tes lasers à impulsions plus longues tels que tes lasers nanosecondes. Les faisceaux des lasers picosecondes et femto secondes ont ] 5 un diamètre inférieur à la centaine de microns et de fait ne sont pas adaptés en termes de cadences de production pour la réalisation de zones de transparence à larges bandes (>100 pm). Par exemple, un laser de diamètre 50 pm nécessiterait plus de dix passes de gravures pour obtenir une bande transparente de 500 pm de large, En conséquence, la cadence d'un procédé utilisant un tel laser serait très faible.
Les lasers nanosecondes, dont te faisceau peut être mis en forme pour l'obtention d’un diamètre supérieur à 100 pm, présentent quant à eux la particularité de concentrer des énergies très Importantes pouvant induire un effet thermique néfaste entraînant une dégradation des couches minces impactées. Cette dégradation se traduit en général par l'apparition de résistances de fuite appelées ci-après « shunt » aux abords des zones gravées. Ces shunts sont à l'origine de la baisse des performances des cellules photovdtaïques ayant subi des ablations lasers dans le but de les rendre semi-transparentes.
En effet, les shunts ont un impact direct sur la tension en circuit ouvert (Voc) et donc sur la puissance électrique produite par te module photovoltaïque composé 30 desdites cellules photovoltaïques connectées en mode série et/ou parallèle. Dans la suite du document, le terme module photovoltaïque se réfère à une pluralité de cellules photovoltaïques connectées entre elles en mode série et/ou parallèle.
BUT DE L’INVENTION
De façon générale, la présente invention vise à proposer un procédé de fabrication permettant de maximiser les performances des modules photovoltaïques semi-transparents en minimisant l'apparition des shunts au sein des cellules photovoltaïques ablatées, tout en permettant une cadence de production élevée.
OBJETS DE L'INVENTION
Llnvention a pour objet général un procédé d'ablation laser en plusieurs étapes. La première étape a pour objectif la création d'un réseau plus ou moins dense de zones 15 de transparences géométriques dans la structure desdîtes couches minces. Les étapes suivantes ont pour objectif de supprimer les shunts générés par la première étape.
L'invention a plus spécifiquement pour objet un procédé de fabrication de modules photovoltaïques semi-transparents par ablation laser de couches minces, lesdlts modules comportant au moins un substrat transparent, un premier matériau 20 électriquement conducteur déposé sur une des faces dudit substrat transparent et jouant le rôle de contact arrière, une couche photo-active appelée absorbeur déposée sur ledit premier matériau conducteur, une couche tampon optionnelle, et un second matériau électriquement conducteur jouant le rôle de contact avant; le procédé comportant les opérations de gravure laser suivantes :
- une première étape consistant à graver à l'aide d'un premier faisceau laser de fluence Fi une première tranchée de largeur Lj par ablation simultanée des couches de matériau situées au-dessus du substrat,
- une deuxième étape consistant à graver à l'aide d'un deuxième faisceau laser de fluence Fz une deuxième tranchée de largeur b sur un premier bord de la 30 première tranchée, par ablation simultanée de la couche d'absorbeur, de la couche tampon éventuelle, et de la couche du contact avant,
- une troisième étape consistant à graver à l'aide d'un troisième faisceau laser de fluence Fs une troisième tranchée de largeur La sur un second bord de la première tranchée, par ablation simultanée dudit absorbeur de la couche tampon éventuelle et de la couche du contact avant, le procédé étant caractérisé en ce que tes fluences Fi, F2 et F? des trois faisceaux laser sont choisies telles que F~» < Fi et Fs < Fi.
Plus précisément, les valeurs des fluences Fa et Fs sont en outre choisies pour que les deuxième et troisième étapes de gravure laser n'induisent pas de modification physico-chimique des bords des seconde et troisième tranchées.
De préférence, les largeurs des trois tranchées correspondant aux trois étapes de gravure laser sont telles que Lî > U? et Li > La.
Dans le cas de l'application du procédé à un module en CIGS, tes cellules en couches minces comportent au moins :
- un substrat transparent par exempte du verre ou un polymère (d'épaisseur comprise entre quelques centaines de pm à environ 3mm),
- un premier matériau conducteur par exempte une électrode métallique en face arrière composée au moins d'une fine couche de molybdène (Mo) jouant le rôle de contact arrière aussi appelée « back contact » (BC),
- une couche photo-active généralement appelée * absorbeur » par exempte du CIGS (1-2 pm), une couche tampon appelée aussi « Buffer Layer » par exemple du sulfure de cadmium (CdS) ou du sulfure d'indium (In?Ss) (épaisseur de quelques dizaines denm),
- un second matériau conducteur tel qu'une électrode transparente en face avant appelée « front contact » généralement un oxyde métallique transparent par exemple de l'oxyde de zinc (ZnO).
La première étape a pour objectif la création d'un réseau plus ou moins dense de zones de transparences géométriques dans la structure desdites couches minces. Avantageusement, l'ablation laser s'effectue au travers du substrat permettant ainsi une expulsion plus facile de la matière comparée aux techniques classiques de gravure laser L'expulsion se fait donc du contact arrière vers le contact avant. Le rayonnement laser est principalement absorbé dans le ledit contact arrière qui expulse les couches supérieures lors de son ablation. Avantageusement, l'ablation s'effectue au travers d'un substrat de verre afin de permettre une meilleure expulsion des poussières et de permettre de limiter la conklté des trous obtenus lorsque la gravure est réalisée en face avant.
Les deuxièmes et troisièmes étapes ont pour objectif de supprimer les shunts générés par la première étape sur les bords de ladite première tranchée.
Les fluences mises en jeu sont telles que F2 < Fi et Fa < Fi, les tirs des seconde et troisième étapes sont donc moins puissants que ceux de la première étape.
Les ablations laser de fluences Fz et F3 ont pour objectif de supprimer la matière affectée thermiquement par ladite première étape du procédé, aux abords de ladite première tranchée. Ces fluences doivent donc être inférieures à un niveau de fluence seuil F*. Ce niveau de fluence seuil Fs correspond au niveau minimum pour ablater les couches minces supérieures constituées dudit absorbeur, de ladite couche tampon et dudit contact avant. Ce niveau dépend par exemple du type de matériaux, des épaisseurs des différentes couches de matériaux.
Afin de supprimer l'ensemble des zones thermiquement affectées, les largeurs des tranchées sont telles que ü > 5pm et U > Spm. En particulier, par exemple pour une ablation laser de fluence Fi - 3.5 J/cm2, pour une largeur Li de 1mm, la zone thermique affectée s'étend sur une largeur environ égale à 160pm. Les largeurs des deuxième et troisièmes tranchées doivent donc être supérieure à 160pm c'est-à-dire La> 160 pm et b> 160 pm.
Les deuxième et troisième étapes n'induisent pas de modification physicochimique du substrat et de l'électrode arrière car les zones de focalisation du laser sont dans l'absorbeur, la couche tampon et le contact avant L'énergie du faisceau laser traversant ie substrat n'est donc pas focalisée dans le substrat ni dans l'électrode arrière et n'induit pas de modification de leur structure. L'énergie reçue par unité surface par le substrat et par les couches 2,3,4 et 5 qui subsistent est inférieure à l'énergie seuB par unité de surface générant une modification physico chimique.
Les deuxième et troisième étapes permettent de conserver 1e contact amère sur les largeurs b et b tout en retirant les couches supérieures et évitent ainsi la formation de court-circuit entre les électrodes avant et arrière.
Les tranchées sont formées par une pluralité de tirs laser formant un sillon continu. Les tirs laser sont réalisés selon des impacts se recouvrant partiellement afin de former une tranchée uniforme. Le recouvrement partiel des impacts est défini par la surface commune d'un ou de plusieurs impacts. Lorsque les tranchées sont des lignes ou des courbes faiblement incurvées et que l'énergie du tir laser est répartie de manière uniforme, les zones thermiques affectées sont de largeur équivalente de part et d'autre de la première tranchée.
Les largeurs de la deuxième et de la troisième tranchée sont idéalement égales, ïl fout dans ce cas utiliser le même laser avec la même fluence Fa) pour la deuxième et la troisième étape.
Les lasers peuvent être des lasers nanosecondes ou picosecondes. Avantageusement, les faisceaux laser sont de type « top-hat », c’est-à-dire avec un profil d'intensité rectangulaire au niveau de la zone de focalisation. Les lasers de la première, deuxième et troisième étape peuvent être les mêmes lasers ou des lasers différents. La longueur d'onde principale desdits lasers est comprise entre 800 et 1200 nm (lasers infra-rouges) ou entre 500 et 560nm (lasers verts).
Avantageusement, la première étape d'ablation laser est réalisé avec un laser nanoseconde infra-rouge dont la fluence Fi est comprise entre 2 et 10J/cm2. La deuxième et la troisième étapes sont réalisées avec un laser nanoseconde infra-rouge dont les fluences F2 et B sont comprises entre 0.8 et 2J/em2.
Selon un mode de réalisation du procédé, le recouvrement partiel des impacts des tirs laser de la deuxième et de la troisième étape est identique.
Selon un mode de réalisation du procédé, le substrat transparent est en verre ou en polymère, par exemple de type PMMA, PET ou poly-imlde.
Selon un mode de réalisation du procédé, l’absorbeur est un alliage de cuivre, d'indium et de sélénium (CîS) ou un alliage de cuivre, d'indium, de galium et de sélénium (CIGS). La couche tampon est du sulfure de cadmium (CdS) ou du sulfure d'indium (Iroi») ou du sulfure de zinc (ZnS).
DESCRIPTION DETAILLEE
L'invention est maintenant décrite plus en détail à S’aide de la description des figures 1 à Z
La figure IA représente un schéma d'une vue en coupe d'une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS.
La figure 18 représente un schéma d'une vue en coupe d'une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS traversée par un faisceau laser foca lisant au sein des zones à graver.
La figure 2A représente un schéma d'une vue en coupe d'une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS dont la zone centrale a été ablatée.
La figure 28 représente un schéma d'une vue de dessus d'une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS dont la zone centrale a été ablatée comme représenté en figure 2A.
J 5 La figure 3A représente un schéma d'une vue en coupe d'une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS dont une deuxième zone a été ablatée.
La figure 38 représente un schéma d'une vue de dessus d’une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS dont une deuxième zone a été ablatée comme représenté en figure 3A.
La figure 4A représente un schéma d'une vue en coupe d'une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS dont une deuxième zone a été ablatée.
La figure 4B représente un schéma d'une vue de dessus d'une portion de cellule photovoltaïque à base de CIGS dont une deuxième zone a été ablatée comme représenté en figure 4A.
Les figures SA, 58 et 5C sont des schémas explicitant la formation de tranchées par tirs lasers successifs.
La figure 6A est un schéma représentant un exemple de module photovoltaïque après réalisation de zones de transparence en bandes.
La figure 6B est un schéma représentant un exemple de module photovoltaïque 30 après réalisation de zones de transparence en courbes continues.
La figure 7 est une courbe IV de mesure des performances électriques illustrant les améliorations obtenues grâce au procédé selon la présente invention.
La cellule photovoltaïque de la figure 1A est composée :
- d'un substrat 1 en verre,
- d'une première électrode 2 en face arrière constituée au moins d'une fine couche métallique, par exemple en molybdène,
- d'une couche photo-active 3 ou absorbeur, constituée par exemple de QGS,
- d'une couche tampon 4 constituée par exemple de sulfure d'indium ou de sulfure de cadmium. Cette couche est optionnelle.
- d'une seconde électrode 5 en face avant, constituée d'un oxyde métallique transparent, par exemple l'oxyde de zinc.
Dans une première étape du procédé, un faisceau laser 10 d'une fluence Fi représenté dans la figure IB traverse le substrat 1 et se focalise le long des bords 61 15 et 62 au sein des couches 2, 3,4 et 5.
L'interaction entre le faisceau laser 10 et la matière des couches 2,3,4,5 a pour effet de réaliser l'ablation desdites couches pour former une première tranchée 6 de largeur Li, délimitée par ses bords 61, 62, comme cela est visible en figure 2A.
Avantageusement, le faisceau laser 10 est absorbé principalement dans la couche 20 d'électrode 2 et permet l'expulsion de la matière vers l'extérieur de la cdîule de la couche 2 vers la couche 5 comme illustré par le sens de la flèche 60.
La figure 28 permet de se rendre compte de la transparence ainsi générée par cette première étape. En vue de dessus de la cellule, on observe une tranchée 6 au fond de laquelle reste uniquement le substrat transparent 1, et de part et d'autre de 25 ladite tranchée, on observe les couches de la cellule photovoltaïque non gravées.
Compte tenu de sa puissance, le faisceau laser 10 a pu affecter les matériaux des couches 2,3,4,5 jouxtant la tranchée 6, et créer des court-circuit localisés entre ces couches 2,3,4,5, le long des bords de la tranchée 6. Afin de supprimer ces court-circuit, on procède à deux autres tirs laser comme expliqué cl-dessous.
Dans une deuxième étape, un faisceau laser plus fin et moins puissant (non représenté) que le premier tir, d’une fluence R, est appliqué le long du bord 61 de la tranchée 6. B est réglé pour traverser le substrat 1 et le contact arrière 2 et pour se focaliser dans les couches 3, 4, 5 de la première tranchée 6, le long de son bord 61, afin d'extraire la matière qui a été thermiquement affectée dans les couches 3,4,5 responsables des shunts.
Le résultat de cette deuxième ablation, représenté schématiquement aux figures 3A et 38, est une deuxième tranchée (7) éliminant le bord 61 de la tranchée 6 initiale au niveau des couches 3,4,5. Avantageusement, la largeur L· de ladite deuxieme tranchée 7 est calculée pour être légèrement supérieure à la largeur de la zone thermiquement affectée par la première ablation laser le long du bord (61). Comme la 1 o fluence Fî du second faisceau laser est inférieure à la fluence du premier faisceau, le second faisceau laser ne détruit pas la couche d’électrode 2, de sorte qu'il reste au niveau du bord 61 de la tranchée 6, une zone 63 de la couche 2 non ablatée.
Dans une troisième étape, on procède comme dans la deuxième étape, pour enlever les shunts éventuels de long du bord 62 de fa tranchée 6. A cet effet, un 15 faisceau laser (non représenté) d'une fluence F3, traverse le substrat 1 et te contact arrière 2 et se focalise dans tes couches 3,4,51e long de l'autre bord 62 de te première tranchée 6, afin d'extraire te matière qui a été thamiquement affectée dans les couches 3, 4, 5 responsables des shunts.
Le résultat de cette troisième ablation, représenté schématiquement aux figures 20 4A et 48, est une troisième tranchée 8 similaire à la seconde tranchée 7. Avantageusement, la largeur U de ladite troisième tranchée 8 est supérieure à te largeur de te zone thermiquement affectée par 1a première ablation laser. La figure 48 permet de visualiser te zone de transparence au travers du substrat de verre 1 via 1a première tranchée et une portion de te couche métallique de molybdène 2 de part et 25 d'autre de la première tranchée 6.
De préférence, les tranchées 6,7,8 sont réalisées grâce à des tirs lasers successifs se recouvrant partiellement, afin d’éviter qu’il ne reste des zones de shunt.
La figure 5A représente une succession de tirs laser formant une tranchée simple. Une tranchée simple se définit comme un sillon continu formé par une continuité de 30 tirs lasers se recouvrant partiellement avec uniquement deux tirs voisins. Par exemple, un tir laser il se superpose avec un deuxième tir laser 12 selon un recouvrement π
partiel 112 défini par son pourcentage de recouvrement Le troisième tir 13 se superpose avec le deuxième tir laser 12 selon un recouvrement partiel 113. te deuxième tir laser 12 ne se recouvre qu'avec le premier tir laser 11 et te troisième tir laser 13. Le résultat obtenu par ces tirs laser formant une tranchée simple peut être une ligne droite comme dans l'exemple de la figure 5A, ou une ligne incurvée comme dans l'exemple de la figure 5B.
Des tranchées multiples peuvent être réalisées à partir du même principe, plusieurs tranchées simples sont alors combinées. Dans l'exemple de la figure 5C, trois tranchées débutant par le tir 11 pour la première tranchée, par le tir 21 pour la deuxième tranchée, et par te tir 31 pour la troisième tranchée, se recouvrent partiellement pour former une tranchée multiple dont la largeur dépend du diamètre du faisceau laser et du taux de recouvrement entre tes tranchées.
Les tranchées permettent de réaliser dans les cellules photovoltaïques des zones de transparence en bandes rectilignes comme te schématise la figure 6A, ou des zones de transparence ayant la forme de lignes courbes continues, dont un exempte est représenté à la figure 6B.
EXEMPLE OE REALISATION
Le procédé objet de l'invention a fait l'objet d’un test pratique, réalisé dans le but de produire des modules photovoltaïques ayant 50% de transparence obtenue avec des tranchées rectilignes transparentes de largeur totale (L1+L2+L3) de 4mm. La filière technologique utilisée faisait appel à des couches minces à base de CIGS,
Le résultat est illustré en figure 7, qui décrit deux courbes IV de mesure des performances électriques obtenues.
La première courbe IV 100 représente les performances obtenues dans le cas d'une transparence réalisée par une unique étape de gravure (Li^4mm), conformément à l'état de la technique, avec un laser nanoseconde infrarouge de fluence Fi. la tension de circuit ouvert Voc est représentée en abscisse, le courant est en ordonnée. La droite 101 représente la tangente à la courbe 100. Comme cela est connu de l'homme du métier, la tangente est un Indicateur de la performance de la cellule photovoftaïque en termes de Voc,
La seconde courbe IV 300 représente les performances d'un module photovoltaïque dont la zone de transparence (Li+i_2+l3-4mm) a été obtenue par le 5 procédé en trois étapes de gravure laser selon l'invention, avec le même laser et 3 étapes de gravure mettant en œuvre des fluences Fi et La droite 301 représente la tangente à la courbe 300 et est un indicateur de la performance du module, tangente 301 est plus parallèle à l'axe des abscisses que la tangente 101, ce qui façon connue signifie que les performances du module réalisé selon le procédé de lô l'invention sont bien meilleures.

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS
    1 - Procédé de fabrication de modules photovoltaïques semi-transparents par ablation laser de couches minces, lesdits modules comportant au moins un substrat (1) transparent, un premier matériau électriquement conducteur (2) déposé sur une des faces dudit substrat transparent (1) et jouant le rôle de contact arrière, une couche photo-active appelée absorbeur (3) déposée sur ledit premier matériau conducteur (2), une couche tampon (4) optionnelle, et un second matériau électriquement conducteur (5) jouant le rôle de contact avant, le procédé comportant les opérations de gravure laser suivantes :
    - une première étape consistant à graver à l'aide d'un premier faisceau laser de fluence Fi une première tranchée (6) de largeur Li par ablation simultanée des couches de matériau (2, 3,4,5) situées au-dessus du substrat (1),
    - une deuxième étape consistant à graver à l'aide d'un deuxième faisceau laser de fluence F2 une deuxième tranchée (7) de largeur L2 sur un premier bord (61) de la première tranchée (6), par ablation simultanée de la couche (3) d'absorbeur, de la couche tampon (4) et de la couche (5) du contact avant,
    - une troisième étape consistant à graver à l'aide d'un troisième faisceau laser de fluence F3 une troisième tranchée de largeur L3 sur un second bord (62) de la première tranchée (6), par ablation simultanée dudit absorbeur (3) de la couche tampon (4) et de la couche (5) du contact avant (5),
    - le procédé étant caractérisé en ce que les fluences Fi, F2 et F3 des trois faisceaux laser sont choisies telles que F2 < Fi et F3 < Fi.
  2. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs des fluences F2 et F3 sont en outre choisies pour que les deuxième et troisième étapes de gravure laser n'induisent pas de modification physico-chimique des bords des seconde et troisième tranchées (7,8).
  3. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les largeurs des trois tranchées (6,7,8) correspondant aux trois étapes de gravure laser sont telles que Li > La et Li > l»3.
  4. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les opérations de gravure laser des couches minces (2,3,4,5) sont réalisées à travers te substrat transparent (1).
  5. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que tes trois tranchées (6,7,8) sont formées par une succession de tirs laser formant un sillon continu,
  6. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tirs laser successifs sont réalisés selon des Impacts qui se recouvrent partiellement.
  7. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que 1e recouvrement partiel des impacts des tirs laser de la deuxième et de la troisième étape est identique.
  8. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits faisceaux laser sont de type « top bat ».
  9. 9 * Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur d'onde principale des lasers utilisés est comprise entre 800 et 1200 nm.
  10. 10 - Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la longueur d'onde principale des lasers utilisés est comprise entre 500 et 560 nm.
    15
  11. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier, deuxième et troisième faisceaux lasers sont issus d'un seul et même laser nanoseconde.
  12. 12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fluences F2, F3 des faisceaux laser utilisés pour les deuxième et troisième étapes sont égales.
  13. 13 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'opération de gravure de la première étape est réalisée à l'aide d'un laser ayant une fluence Fi comprise entre 2 et 10 J/cm2.
  14. 14 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les opérations de gravure des deuxième et troisième étapes sont réalisées à l'aide d'un faisceau laser ayant des fluences F2, F3 comprises entre 0.8 et 2 J/cm2.
  15. 15 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat transparent (1) est en verre ou en polymère, par exemple de type PMMA, PET ou poly-imide.
  16. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit contact arrière (2) est une électrode métallique comprenant au moins un film de molybdène (Mo).
  17. 17 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit absorbeur (3) est un alliage de cuivre, d'indium et de sélénium (CIS) ou un alliage de cuivre, d'indium, de galium et de sélénium (CIGS).
    16
  18. 18 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche tampon (4) est du sulfure de cadmium (CdS) ou du sulfure d'indium (In2S3) ou du sulfure de zinc (ZnS).
    5 19 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que matériau du contact avant (5) est un matériau transparent, par exemple un oxyde métallique transparent tel que l'oxyde de zinc (ZnO).
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