FR3130451A1 - élément de cellule photovoltaïque, cellule photovoltaïque et procédés de fabrication de tels élément et cellule - Google Patents
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Abstract
Titre : élément de cellule photovoltaïque, cellule photovoltaïque et procédés de fabrication de tels élément et cellule Elément de cellule photovoltaïque, comprenant un substrat (4) de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, un contour externe et un contour interne délimitant le substrat (4), l’élément étant dépourvu de matière à l’extérieur du contour externe et à l’intérieur du contour interne, le substrat (4) comprenant une tranchée d’amorce (12) formée au moins partiellement sur une surface (5) du substrat (4). Figure pour l’abrégé : Fig.9
Description
La présente invention concerne le domaine des cellules photovoltaïques. Elle trouve une application particulièrement avantageuse pour la réalisation de cellules photovoltaïques présentant des formes géométriques non conventionnelle telles que des formes présentant une partie interne évidées, par exemple des anneaux.
ETAT DE LA TECHNIQUE
De manière générale, une cellule photovoltaïque convertit une partie du rayonnement lumineux en énergie électrique. Une cellule photovoltaïque comprend un substrat configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, une première structure électriquement conductrice sur une première surface du substrat et une deuxième structure électriquement conductrice sur une deuxième surface du substrat, opposée à la première surface. Chaque couche de surface permettant en général la collection privilégiée d’un type de porteur (électrons ou trous). Le substrat principalement utilisé comprend du silicium.
On peut citer certaines cellules photovoltaïques à très haut rendement, par exemple les cellules du type HET (c’est-à-dire du type à hétérojonction) et du type TOPCon (« Tunnel Oxide Passivated Contact » en langue anglaise, c’est-à-dire à contact passivé par oxyde tunnel). En particulier, une cellule du type HET, est une cellule comprenant une couche d’un substrat cristallin et au moins une couche de silicium amorphe hydrogéné au contact de la couche de substrat cristallin.
Les dispositifs intégrant des cellules photovoltaïques sont très nombreux, et nécessitent des cellules photovoltaïques de tailles très variables et de forme également très variable.
Il existe donc un besoin général consistant à réaliser des cellules photovoltaïques de formes non conventionnelles. Les formes conventionnelles de cellule photovoltaïque sont généralement des disques ou des carrés, aux bords saillants ou arrondis.
On peut également être amené à utiliser des cellules photovoltaïques pour des dispositifs divers et variés, comme des volets roulants ou des objets connectés, en particulier pour des dispositifs de petites tailles, tels que des calculatrices, etc.
Nombre de solutions industrielles existent pour la découpe de cellules photovoltaïques. La technologie la plus utilisée reste l’utilisation du laser pour générer une tranchée dans le silicium, suivi d’une découpe avec clivage mécanique, c’est-à-dire une séparation physique des deux parties de la cellule.
Cependant, la découpe entraîne des pertes électriques, qui sont relativement importantes pour les cellules à haut-rendement. Ceci est encore plus vrai pour des cellules de faible taille, ou l’effet du bord découpé devient très important vis-à-vis de la surface totale de la cellule. En effet, on observe que plus la taille d’une cellule obtenue par découpe diminue et plus les pertes électriques augmentent. Par ailleurs, plus l’énergie incidente du laser utilisé pour la découpe est importante, plus les performances finales de la cellule sont dégradées. En effet, l’impact de la température générée par le laser est important, et l’utilisation d’un laser à haute puissance, nécessaire pour assurer une bonne découpe, ne permet pas d’obtenir des cellules avec des performances électriques suffisantes. Une optimisation de la découpe peut consister à utiliser des passes successives pour diminuer l’impact de chaque tir de laser. Néanmoins, une dégradation finale est observée, d’autant plus importante que la tranchée à générer pour une découpe propre devra être profonde.
Un objet de l’invention consiste à proposer des moyens pour fournir un élément de cellule photovoltaïque présentant des performances satisfaisantes.
Un autre objet consiste à fournir des moyens pour fournir un élément de cellule photovoltaïque adapté pour être intégré au sein d’un dispositif de petite taille.
RESUME
Pour atteindre ces objectifs, il est proposé un procédé de fabrication d’au moins un élément de cellule photovoltaïque, comprenant :
- une fourniture d’un substrat de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux ; et
- une génération d’une tranchée dite externe sur une surface du substrat pour former un contour externe délimitant une première partie du substrat à l’extérieur du contour externe.
Le procédé comprend en outre :
- une génération d’une tranchée dite interne sur la surface du substrat pour former un contour interne délimitant une deuxième partie du substrat à l’intérieur du contour interne et une troisième partie du substrat entre les contours externe et interne ;
- une génération d’une tranchée d’amorce sur la surface du substrat, la tranchée d’amorce étant formée au moins partiellement dans au moins une partie du substrat parmi les deuxième et troisième parties du substrat ; et
- une séparation dite interne comprenant une séparation mécanique de la deuxième partie avec la troisième partie de manière à obtenir au moins un élément de cellule photovoltaïque à partir de la troisième partie du substrat.
Ainsi, on fournit une méthode particulièrement adaptée pour obtenir des éléments de cellule photovoltaïque ayant des formes complexes, notamment des formes géométriques non conventionnelles, telles que du type rond, triangle, anneau, hexagone, etc. En outre, une telle méthode permet d’obtenir des éléments ayant une partie évidée de matière, par exemple au cœur de l’élément. Le procédé proposé permet d’obtenir une forme possiblement complexe, par exemple évidée, avec un risque de casse considérablement réduit. Par ailleurs, ce procédé incluant une tranchée d’amorce facilite en particulier la séparation mécanique de la deuxième et troisième partie, et permet donc une diminution significative de la profondeur de tranchée nécessaire pour la séparation des différentes parties du substrat. En conséquence, la puissance laser incidente nécessaire pour réaliser la ou les tranchées internes et/ou externes est également fortement réduite. Le procédé proposé permet ainsi de réduire la dégradation du substrat causée par la puissance du laser. Au final, le procédé proposé permet ainsi d’améliorer les performances, en particulier le rendement de cellules photovoltaïques présentant des formes complexes.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque, comprenant une fabrication d’au moins un élément de cellule photovoltaïque tel que défini ci-avant et au moins une métallisation, effectuée avant ou après la séparation interne, la métallisation comprenant une formation d’une première structure électriquement conductrice sur une première surface du substrat et d’une deuxième structure électriquement conductrice sur une deuxième surface du substrat, opposée à la première surface.
Selon un autre aspect, il est proposé un élément de cellule photovoltaïque, comprenant un substrat de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux, un contour externe et un contour interne délimitant le substrat, l’élément étant dépourvu de matière à l’extérieur du contour externe et à l’intérieur du contour interne et le substrat comprend une tranchée d’amorce formée au moins partiellement sur une surface du substrat.
Selon un autre aspect, il est proposé une cellule photovoltaïque, comprenant un élément de cellule photovoltaïque tel que défini ci-avant, et une première structure électriquement conductrice située sur une première surface du substrat et une deuxième structure électriquement conductrice située sur une deuxième surface du substrat, opposée à la première surface.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en œuvre de cette dernière, illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
Claims (21)
- Procédé de fabrication d’au moins un élément de cellule photovoltaïque, comprenant :
- une fourniture d’un substrat (4) de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux ; et
- une génération d’une tranchée dite externe (10) sur une surface (5) du substrat (4) pour former un contour externe délimitant une première partie (20) du substrat (4) à l’extérieur du contour externe ;
- une génération d’une tranchée dite interne (11) sur la surface (5) du substrat (4) pour former un contour interne délimitant une deuxième partie (21) du substrat (4) à l’intérieur du contour interne et une troisième partie (22) du substrat (4) entre les contours externe et interne ;
- une génération d’une tranchée d’amorce (12) sur la surface (5) du substrat (4), la tranchée d’amorce (12) étant formée au moins partiellement dans au moins une partie du substrat (4) parmi les deuxième et troisième parties (21, 22) du substrat (4) ; et
- une séparation dite interne (S1) comprenant une séparation mécanique de la deuxième partie (21) avec la troisième partie (22) de manière à obtenir au moins un élément de cellule photovoltaïque à partir de la troisième partie (22) du substrat (4).
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la tranchée d’amorce (12) est débouchante dans une zone principale (13) de la tranchée interne (11) et la séparation interne (S1) comprend une génération d’une fissure qui se propage le long de la tranchée d’amorce (12) et le long de la tranchée interne (11).
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la tranchée d’amorce (12) s’étend dans la troisième partie (22) du substrat (4) en débouchant dans la tranchée externe (10).
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la tranchée d’amorce (12) est formée partiellement dans les deuxième et troisième parties (21, 22) du substrat (4).
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la tranchée d’amorce (12) s’étend dans la deuxième partie (21) du substrat (4) depuis la zone principale (13) vers une zone secondaire (14) de la tranchée interne (11), la tranchée d’amorce (12) étant en outre débouchante dans la zone secondaire (14).
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la tranchée d’amorce (12) s’étend dans les deuxième et troisième (21, 22) parties du substrat (4) depuis une première zone (15) de la tranchée externe (10) vers une deuxième zone (16) de la tranchée externe (10), la tranchée d’amorce (12) étant en outre débouchante dans les première et deuxième zones (15, 16).
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la séparation interne (S1) comprend une séparation mécanique de la troisième partie (22) du substrat (4) en au moins deux portions (23, 24) du substrat (4) distinctes de manière à obtenir au moins deux éléments de cellule photovoltaïque à partir respectivement desdites au moins deux portions (23, 24) du substrat (4) distinctes.
- Procédé selon la revendication précédente, comprenant une connexion (S3) entre au moins deux portions (23, 24) du substrat (4) distinctes pour fournir un même élément de cellule photovoltaïque.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la tranchée d’amorce (12) est formée partiellement dans la troisième partie (22) du substrat (4) en débouchant dans la tranchée externe (10) et la séparation interne (S1) comprend une génération d’une fissure qui se propage le long de la tranchée interne (11).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une tranchée parmi les tranchées externe (10), interne (11) et d’amorce (12), est une tranchée réalisée de manière non traversante au sein du substrat (4).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la génération de la tranchée interne (11) forme un contour interne fermé.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la génération de la tranchée externe (10) forme un contour externe fermé.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la génération de la tranchée d’amorce (12) crée une tranchée d’amorce (12) en partie rectiligne.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant, après la génération de la tranchée externe (10) et avant la génération de la tranchée d’amorce (12), une séparation dite externe (S2), comprenant une séparation mécanique de la première partie (20) avec la troisième partie (22).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, comprenant, après la séparation interne (S1), une séparation dite externe (S2), comprenant une séparation mécanique de la première partie (20) avec la troisième partie (22).
- Procédé selon la revendication 14 ou 15, comprenant, avant la séparation externe (S2), une génération d’une tranchée initiale (17) sur la surface (5) du substrat (4), dans la première partie (20) du substrat (4) et débouchant dans la tranchée externe (10).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, après la fourniture du substrat (4) et avant la séparation interne (S1), une génération d’une tranchée additionnelle (18) sur la surface (5) du substrat (4) et dans la deuxième partie (21) du substrat (4) pour former un contour additionnel délimitant une quatrième partie (25) du substrat (4) à l’intérieur du contour additionnel, et une séparation mécanique de la quatrième partie (25) avec la deuxième partie (22).
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la tranchée d’amorce (12) est débouchante dans la tranchée interne (11) et dans la tranchée additionnelle (18).
- Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque, comprenant une fabrication d’au moins un élément de cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 18 et au moins une métallisation, avant ou après la séparation interne (S1), la métallisation comprenant une formation d’une première structure électriquement conductrice sur une première surface (5) du substrat (4) et d’une deuxième structure électriquement conductrice sur une deuxième surface (50) du substrat (4), opposée à la première surface (5).
- Elément de cellule photovoltaïque, comprenant :
un substrat (4) de cellule photovoltaïque configuré pour générer des électrons à réception d’un rayonnement lumineux,
caractérisé en ce que l’élément comprend un contour externe et un contour interne délimitant le substrat (4), en ce que l’élément est dépourvu de matière à l’extérieur du contour externe et à l’intérieur du contour interne et en ce que le substrat (4) comprend une tranchée d’amorce (12) formée au moins partiellement sur une surface (5) du substrat (4). - Cellule photovoltaïque, comprenant un élément de cellule photovoltaïque selon la revendication 20, et une première structure électriquement conductrice située sur une première surface (5) du substrat (4) et une deuxième structure électriquement conductrice située sur une deuxième surface (50) du substrat (4), opposée à la première surface (5).
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