FR3136890A1 - Correction d’angle de clivage de plaques de silicium pour cellules solaires - Google Patents
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Abstract
Dispositif (5) de gravure mécanique d’une plaque semi-conductrice (40), en particulier une plaque en silicium dans laquelle au moins une cellule solaire est au moins partiellement réalisée, ledit dispositif étant doté d’un ensemble d’éléments (50) abrasifs juxtaposé(e)s et mobiles par rapport à la plaque (40), le dispositif étant configuré pour appliquer l’ensemble des éléments abrasifs (50) concomitamment sur une première face principale (41a) de la plaque (40) de sorte à réaliser en même temps une pluralité de sillons (45) sur cette première face (41a). Figure pour l’abrégé : 3B.
Description
La présente demande concerne le domaine des cellules solaires encore appelées cellules photovoltaïques et vise plus particulièrement un dispositif pour favoriser la réalisation d’un clivage d’une plaque en silicium.
Une cellule solaire est habituellement formée sur une plaque, communément appelée « wafer », de matériau semi-conducteur, typiquement du silicium.
On peut, pour certaines applications, être amené à vouloir découper une telle plaque en plusieurs portions et réaliser des sous-cellules, par exemple des demi-cellules (« half-cell » selon la terminologie anglo-saxonne) lorsque la plaque est divisée en deux.
Une application particulière concerne la mise en œuvre d’une structure de module solaire selon un agencement de type appelé « shingle » présenté par exemple dans le document US2017/0077343A1.
Dans un tel agencement, des sous-cellules ou des portions de cellules sont superposées de sorte à se chevaucher partiellement entre elles. Une telle méthode d’assemblage appelée « shingling » ou d’agencement « en bardeau », permet de réduire les pertes résistives et d’obtenir un gain en puissance sur le module.
Les sous-cellules ou portions de cellule(s) sont typiquement obtenues en effectuant une division d’une plaque (wafer) sur laquelle une cellule solaire a été au moins partiellement réalisée et de préférence une fois que la cellule a été entièrement fabriquée. On n’a ici pas besoin de modifier l’intégralité d’une ligne de fabrication de cellules mais seulement de réaliser une ou plusieurs étapes supplémentaires, ce qui présente un avantage important en termes de coût de fabrication.
Il existe plusieurs méthodes pour effectuer une telle division de plaque.
Une première consiste à générer une tranchée dans toute l’épaisseur de la plaque de silicium à l’aide d’un laser afin de séparer les cellules ou sous-cellules. Une telle technique est efficace et précise mais a pour inconvénient majeur de détériorer les bords des portions issues de cette division à proximité de leur ligne de découpe. L’énergie du laser a en effet tendance à pulvériser et à faire fondre localement le silicium.
Un tel endommagement peut s’accompagner d’une éventuelle perte de rendement. Les bords des cellules ou sous-cellules obtenues avec une telle technique peuvent être en outre être difficiles à passiver.
Une seconde technique utilisant également un laser et une source froide eau-air consiste à générer un choc thermomécanique permettant d’engendrer une fissure de séparation. Cette seconde technique a pour avantage de laisser une surface de tranche plus nette, et occasionne moins de pertes en rendement que la précédente.
Une troisième technique est présentée dans le document WO2021111063 issu de la demanderesse.
Elle consiste à réaliser un clivage en utilisant une orientation différente des bords latéraux de la plaque et d’un plan de clivage préférentiel de la plaque de silicium. Ce plan de clivage est orienté parallèlement à des lignes conductrices communément appelées « bus bars » (i.e. barres de connexion).
Pour effectuer la séparation par clivage, on applique une contrainte mécanique pour propager une fissure de séparation permettant de scinder la cellule en deux.
Cette technique de clivage mécanique a pour avantage de générer un bord de découpe net et propice à la passivation.
Cependant, avec une telle technique de clivage, une orientation parfaite de la fissure de clivage est difficile à obtenir. Dans un cas idéal cette orientation est parfaitement parallèle avec des bords latéraux opposés d’une plaque sur laquelle la cellule est réalisée.
En réalité, une désorientation du plan de clivage survient de manière fréquente. Or une désorientation trop importante peut s’avérer préjudiciable, en particulier lorsqu’on souhaite séparer des cellules ou des sous-cellules très rapprochées.
Il existe un besoin d’améliorer le clivage de plaques semi-conductrices.
Les inventeurs ont découverts qu’en réalisant des sillons orientés de manière adéquate sur une face d’une plaque de silicium ayant une orientation cristalline ‘(100)’, et des bords latéraux entre ladite face supérieure et ladite face inférieure et suivant une orientation cristalline ‘(110)’, un clivage ultérieur de la plaque plus précis de la fissure de clivage pouvait être obtenu dans la mesure où les sillons réalisés permettent de guider la fissure de clivage. Ces sillons sont typiquement réalisés le long d’un axe qui s’étend parallèlement aux bords latéraux de la plaque.
Un but de la présente invention est de pouvoir réaliser des sillons rapidement sur une plaque semi-conductrice.
Un autre but de la présente invention est de pouvoir réaliser ces sillons sans trop altérer la plaque que l’on peut souhaiter ensuite cliver.
Ainsi, selon un mode de réalisation, la présente invention concerne un dispositif de gravure pour la gravure mécanique d’une plaque semi-conductrice, en particulier une plaque en silicium dans laquelle une ou plusieurs portions de cellules solaires sont au moins partiellement réalisées, ledit dispositif de gravure étant doté d’un ensemble d’éléments abrasifs juxtaposé(e)s et mobiles par rapport à un support sur lequel la plaque est apte à être disposée, le dispositif de gravure étant configuré pour appliquer l’ensemble des éléments abrasifs concomitamment sur une première face principale de la plaque de sorte à réaliser en même temps une pluralité de sillons sur cette première face.
Selon un mode de réalisation particulier, les éléments abrasifs sont agencés selon une disposition matricielle en plusieurs rangées d’éléments abrasifs juxtaposés.
Avantageusement, un masquage peut être disposé sur ladite première face principale de la plaque, le masquage comportant une pluralité d’ouvertures pour permettre aux éléments abrasifs de réaliser des sillons dans le prolongement des ouvertures du masquage.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de gravure peut être configuré pour déplacer une ou plusieurs fois les éléments abrasifs selon un premier axe réalisant un angle non-nul avec la première face, le premier axe étant en particulier orthogonal ou sensiblement orthogonal à la première face afin de mettre en contact les éléments abrasifs avec la première face et appliquer une pression sur la plaque et creuser la plaque puis déplacer les éléments abrasifs selon un deuxième axe afin d’étendre les sillons, le deuxième axe étant en particulier parallèle ou sensiblement parallèle à la première face.
Par « sensiblement parallèle » on entend qui réalise un angle inférieur à 5°, de préférence compris entre 0 et 2,5°. Par « sensiblement orthogonal » on entend qui est compris entre à 85° et 90° et de préférence entre 87,5° et 90°.
Le dispositif de gravure peut comprendre un support d’accueil de la plaque tel qu’un plateau et sur lequel une deuxième face principale opposée à la première face principale est disposée.
Avantageusement, le dispositif de gravure est doté outre de moyens de maintien pour maintenir fixe la plaque sur ledit support d’accueil lorsque la plaque est gravée par les éléments abrasifs.
Avantageusement, le dispositif de gravure peut comprendre en outre des moyens de déplacement dudit support pour déplacer la plaque par rapport auxdits éléments abrasifs.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un dispositif de clivage de plaque, le dispositif de clivage étant doté d’une structure de mise en flexion de plaque configurée pour appliquer une force F sur une région de bord d’une plaque semi-conductrice telle qu’une plaque de silicium, en particulier une plaque gravée à l’aide du dispositif de gravure selon l’une des revendications précédentes, et mettre en flexion cette plaque de sorte à former une fissure de clivage pour permettre d’effectuer une séparation de la plaque en une première portion et une deuxième portion.
Selon un premier mode de réalisation de la structure de mise en flexion, cette dernière peut comprendre : un système de charnière formé d’un premier élément d’appui sur lequel une zone de ladite région de bord et appartenant à ladite première face principale de ladite plaque est destiné à s’appuyer et d’un deuxième élément d’appui monté en rotation par rapport au premier élément d’appui, et sur lequel au moins une autre zone de ladite première face principale est destinée à s’appuyer, la mise en flexion de la plaque étant effectuée par mise en rotation du premier élément d’appui par rapport au deuxième élément d’appui.
Selon un deuxième mode de réalisation, la structure de mise en flexion peut comprendre : un élément de préhension lié à un élément de soutien tel qu’un bras, et monté mobile en rotation par rapport à l’élément de soutien, l’élément de préhension étant configuré pour pincer ladite région de bord entre une zone de la première face et une zone d’une deuxième face principale de la plaque opposée à la première face principale, la mise en flexion de la plaque étant effectuée par mise en rotation de l’élément de préhension tandis que la plaque est maintenue fixe sur un support.
Le dispositif de clivage de plaque peut comprendre en outre un support de plaque. La mise en flexion de la plaque peut être alors effectuée tandis qu’une deuxième face principale opposée à la première face principale de la plaque est maintenue sur ce support.
Selon un autre aspect, un mode de réalisation de la présente invention concerne une installation dotée d’un dispositif de gravure de plaque et d’un dispositif de clivage de plaque tels que défini plus haut.
Avantageusement, une telle installation peut être pourvue d’un dispositif de convoyage de plaque entre le dispositif de gravure mécanique de plaque défini précédemment et le dispositif de clivage de plaque défini plus haut, pour déplacer un support de plaque depuis le dispositif de gravure mécanique de plaque vers le dispositif de clivage de plaque.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de gravure et le dispositif de clivage de plaque peuvent comprendre et partager un même support d’accueil de plaque, la réalisation des sillons et le clivage étant réalisés sur ce même support de plaque.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication de cellule solaire, comprenant :
- l’utilisation d’un dispositif de gravure tel que défini plus haut pour former une pluralité de sillons sur la première face principale d’une plaque en silicium dans laquelle une ou plusieurs portions de cellules solaires sont au moins partiellement prévues ou réalisées
- le clivage de la plaque par action mécanique sur la plaque, en particulier par mise en flexion de la plaque en appliquant au moins une force sur cette plaque, de sorte à former une fissure de clivage se propageant entre les sillons et à effectuer une séparation de la plaque en une première portion et une deuxième portion.
Avantageusement, le clivage peut être réalisé au moyen d’un dispositif de clivage tel que défini plus haut.
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
En outre, dans la description ci-après, des termes qui dépendent de l'orientation d’une structure, tels que « avant », « arrière », « supérieure », « inférieure », « latérale », etc. s'appliquent en considérant que la structure est orientée de la façon illustrée sur les figures.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un exemple de plaque 40 semi-conductrice que l’on souhaite diviser est donné sur les figures 1A et 1B.
Cette plaque 40 est ici en silicium avec des faces opposées 41a, 41b dites respectivement « supérieure » et « inférieure » d’orientation cristallographique ‘(100)’, la plaque 40 comportant des bords latéraux 41c, 41d, 41e, 41f ayant une orientation cristallographique ‘(110)’.
Les faces supérieure 41a et inférieure 41b ont typiquement une forme rectangulaire ou pseudo rectangulaire et de préférence carrée ou pseudo carrée. Par « pseudo-rectangulaire », on entend ici qu’à la place d’un angle droit joignant deux bords latéraux consécutifs 41c, 41d et orthogonaux, la plaque 40 peut avoir une portion courbe ( ), ou une portion formant un biseau reliant ces bords latéraux 41c, 41d consécutifs.
Une telle plaque 40 peut être obtenue à l’aide d’un procédé tel que décrit par exemple dans le document FR 3103965 émanant de la demanderesse.
La plaque 40 peut être ainsi réalisée à partir d’un lingot que l’on découpe de sorte à former une brique. Cette brique est munie de flancs latéraux ayant une orientation cristallographique ‘(110)’ ou sensiblement égale à l’orientation cristallographique (110), et est alors ensuite elle-même découpée en plusieurs tranches, la plaque 40 étant formée à partir d’une de ces tranches.
On cherche à découper cette plaque 40 en plusieurs portions. La plaque 40 que l’on souhaite scinder peut être déjà dotée d’une ou plusieurs cellules solaires ou parties de cellules solaires.
Ainsi, on souhaite effectuer un clivage de cette plaque 40 tandis qu’une ou plusieurs étapes technologiques de réalisation d’au moins une cellule solaire ou d’au moins une partie de cellule solaire ont déjà été effectuées sur la plaque 40. La ou les cellules solaires réalisées peuvent être par exemple de type à hétérojonction (HET).
Parmi ces autres étapes technologiques peuvent figurer une ou plusieurs voire toutes les étapes suivantes :
- au moins une étape de texturation de surface,
- au moins une étape de dopage en particulier par diffusion par exemple de Bore sur les faces inférieure et supérieur de la plaque et/ou mais ajout de couches de Si amorphe dopé en surface,
- au moins une étape de gravure en face arrière,
- au moins une étape d’ajout d’une couche barrière en face avant afin d’empêcher un ajout de dopants lors d’une autre étape de diffusion en face arrière,
- au moins une étape de dopage en face arrière en particulier par diffusion par exemple de Phosphore,
- de manière optionnelle au moins une gravure de couche(s) barrière de diffusion ainsi que de couches créées pendant la diffusion du phosphore,
- au moins une étape de formation d’au moins une couche de passivation,
- au moins une étape de formation d’une ou plusieurs couches antireflets.
- au moins une étape de texturation de surface,
- au moins une étape de dopage en particulier par diffusion par exemple de Bore sur les faces inférieure et supérieur de la plaque et/ou mais ajout de couches de Si amorphe dopé en surface,
- au moins une étape de gravure en face arrière,
- au moins une étape d’ajout d’une couche barrière en face avant afin d’empêcher un ajout de dopants lors d’une autre étape de diffusion en face arrière,
- au moins une étape de dopage en face arrière en particulier par diffusion par exemple de Phosphore,
- de manière optionnelle au moins une gravure de couche(s) barrière de diffusion ainsi que de couches créées pendant la diffusion du phosphore,
- au moins une étape de formation d’au moins une couche de passivation,
- au moins une étape de formation d’une ou plusieurs couches antireflets.
Dans le cas de cellules ou sous-cellules HET, une couche barrière et une gravure de couche barrière ne sont pas nécessaires. Des dépôts de couches de Si amorphe/TCO (pour « Transparent conducting oxide » ou oxyde transparent conducteur) sont typiquement réalisés sur une seule face par un procédé de type PECVD pour (« Plasma-enhanced chemical vapor deposition »).
Dans l’exemple de réalisation illustré, la plaque 40 est dotée sur au moins sa face supérieure 41a de lignes conductrices 47, 49 communément appelées barres de connexion ou « busbar ». Les lignes conductrices 47, 49 sont de préférence agencées parallèlement aux bords latéraux 41c, 41e de la plaque 40.
Chaque ligne conductrice 47, 49 permet de conduire un courant électrique photo-généré consécutivement à une réception de photons sur une ou plusieurs zones sensibles de plaque 40.
Ces lignes conductrices 47, 49 sont typiquement métalliques, par exemple à base d’Ag et peuvent être formées par exemple par une technique de sérigraphie ou d’impression sur la face supérieure 41a. Bien que non représentés sur les figures 1A, 1B des ensembles de doigts de grille métalliques reliés entre eux par une ligne conductrice 47, 49 peuvent être également réalisés. Ces ensembles de doigts conducteurs placés en regard d’une zone sensible participent à la collecte du courant photo-généré.
Pour faciliter le clivage de la plaque 40 en plusieurs portions, par exemple en au moins deux portions élémentaires distinctes, on forme préalablement une pluralité de sillons 45 comme cela est représenté de manière schématique sur la vue partielle de dessus de la .
Les sillons 45 encore appelées « indentations » ou « tranchées », sont réalisés par abrasion mécanique de la surface de plaque 40.
Les sillons 45 sont répartis sur la face supérieure 41a entre une première extrémité 42A de plaque 40 située au niveau d’un bord latéral 41f et une deuxième extrémité 42B de la plaque 40 située au niveau d’un bord latéral 41d opposé de la plaque 40, le long d’un axe ∆ donné qui est parallèle à la face supérieure 41a et à des bords latéraux 41c, 41e opposés de la plaque 40, orthogonaux aux bords 41d, 41f.
Les sillons 45 sont ici répartis en une succession discontinue de sillons, les sillons étant ici séparés deux à deux par une portion 46 non gravée de la plaque 40.
Les sillons sont agencés le long de l’axe donné ∆ entre la ligne conductrice 47 d’une première cellule solaire ou sous-cellule solaire C1 et l’autre ligne conductrice 49 d’une deuxième cellule ou sous-cellule solaire C2 et s’étend entre la première et la deuxième extrémité sans couper les lignes conductrices 47, 49, de préférence parallèlement aux lignes conductrices 47, 49.
On souhaite réaliser le clivage de la plaque 40 par propagation d’une fissure de clivage (en général réalisée à partir d’une entaille d’amorce) et de préférence ; de sorte que cette fissure de clivage ne vienne pas, rencontrer lors de sa propagation, la ligne conductrice 47, 49 d’une cellule ou d’une sous-cellule. Les sillons 45 sont ici prévus pour empêcher cette propagation intempestive. En cas de déviation de la fissure de clivage évoquée ci-dessus, les sillons 45 sont prévus pour permettre de dévier la trajectoire de la fissure de clivage Fc (matérialisée de manière schématique sur la ).
Les sillons 45 peuvent être prévus avec une longueur ls (dimension mesurée parallèlement à l’axe x d’un repère orthogonal [O ; x ; y ; z] donné notamment sur la ) comprise par exemple entre 500 microns et 2 mm, une largeur Ds comprise par exemple entre 20 et 300 microns. La profondeur des sillons 45 est prévue de préférence entre un dixième de l’épaisseur totale etde la plaque 40 et un tiers de l’épaisseur etde la plaque 40. Les sillons 45 peuvent avoir une profondeur comprise par exemple entre 1 et 20 microns.
Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la , les sillons 45 s’étendent parallèlement ou sensiblement parallèlement à la première ligne conductrice 47 et à ladite deuxième ligne conductrice 49.
Les sillons 45 peuvent être décentrés par rapport à un axe médian (dans l’exemple correspondant à l’axe ∆) d’une zone de séparation entre les cellules ou sous-cellules C1, C2. Selon une variante, les sillons 45 peuvent être orientés de biais par rapport à l’axe ∆ afin de mieux intercepter la fissure de clivage.
L’abrasion est réalisée par mise en contact d’éléments abrasifs 50 plutôt qu’à l’aide d’un laser afin de pas détériorer le matériau de la plaque 40 et de permettre ultérieurement de pouvoir passiver cette dernière plus aisément.
Un exemple de dispositif de gravure mécanique de plaque semi-conductrice 40 permettant de réaliser une telle abrasion est représenté de manière schématique sur les figures 3A, 3B (donnant respectivement une vue de dessus et une vue de côté d’un tel dispositif de gravure mécanique).
Le dispositif de gravure est doté d’un ensemble d’éléments abrasifs juxtaposés 50, comportant ici des pointes 52 par exemple en diamant. Les pointes 52 sont agencées sur une structure porteuse. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré, cette structure porteuse est dotée de plots ou de tiges 51 à l’extrémité desquelles les pointes sont situées.
La structure porteuse est de préférence mobile en particulier en translation sur plusieurs axes. Ainsi, les éléments abrasifs juxtaposés 50 sont typiquement mus par rapport à la plaque 40 lors d’une opération de gravure. La plaque 40 peut être disposée sur un support d’accueil 100 par exemple tel qu’un plateau. Durant l’opération de réalisation des sillons, la plaque 40 est de préférence maintenue en position fixe par rapport au plateau 100 par exemple au moyen d’un système de cale(s) ou de brides ou d’un dispositif d’aspiration.
Le dispositif de gravure est configuré pour appliquer l’ensemble des éléments abrasifs 50 concomitamment sur la face 41a de la plaque 40 de sorte à réaliser en même temps une pluralité de sillons. On gagne ainsi en rapidité de fabrication.
Les éléments abrasifs 50 sont, dans cet exemple de réalisation particulier, agencés selon une disposition matricielle en plusieurs rangées 53a, 53b, 53c, 53d, 53e, chaque rangée comportant plusieurs éléments abrasifs 50 juxtaposés.
La disposition des éléments abrasifs 50 et en particulier des pointes 52 est prévue de préférence en fonction de la répartition de cellules ou d’éléments conducteurs de cellules sur la plaque 40. La distance L séparant les éléments abrasifs 50 d’une même rangée 53a les uns des autres peut correspondre en particulier à un écart entre deux sous cellules ou deux portions de cellule solaire.
Un centrage mécanique préalable de la cellule peut être prévu pour permettre de localiser précisément les zones à graver. En variante, un dispositif muni d’au moins une caméra peut être utilisé pour permettre de repérer un ou plusieurs points remarquables de la cellule comportant par exemple une grille métallique, ou une mire de repérage.
Pour effectuer la gravure, un déplacement des éléments abrasifs 50 par rapport à la plaque 40 et au plateau d’accueil 100 est mis en œuvre.
Les éléments abrasifs 50 sont typiquement déplacés tout d’abord selon un premier axe A1 (axe parallèle à l’axe z d’un repère orthogonal [O ;x ;y ;z] sur la ) réalisant un angle non-nul et en particulier orthogonal ou sensiblement orthogonal avec la face supérieure 41a de plaque 40 afin de mettre en contact les éléments abrasifs 50 avec cette face supérieure 41a et d’appliquer une pression P sur cette plaque 40 et la creuser. Un déplacement vertical des éléments abrasifs 50 est ainsi typiquement opéré.
Un déplacement des éléments abrasifs 50 par rapport à la plaque 40 et au plateau d’accueil 100 est à nouveau mis en œuvre. Ce déplacement est réalisé cette fois selon un deuxième axe A2 (axe parallèle au plan [O ;x ;y] du repère orthogonal [O ;x ;y ;z] sur la ) en particulier parallèle ou sensiblement parallèle avec la première face 41a afin d’étendre les sillons.
Un mouvement horizontal d’une distance D est ainsi typiquement réalisé par la structure porte pointes afin de générer les sillons. Cette distance D dépend notamment des dimensions de la plaque 40, du nombre de sillons prévu, du nombre de rangées de pointes dont le dispositif de gravure est pourvu.
Dans un autre exemple de réalisation illustré sur les figures 4A-4B, le dispositif de gravure est pourvu d’une seule rangée 53a d’éléments abrasifs 50.
Des sillons continus sur toute la largeur W de la plaque 40 peuvent être éventuellement réalisés.
Durant l’opération de réalisation des sillons, la plaque 40 est ici maintenue en position fixe par rapport au support 100 au moyen de brides 108.
En variante et de manière avantageuse on peut réaliser des successions discontinues de sillons respectivement le long d’axes A21, A22, A23, A24, A25.
Chaque succession discontinue de sillons étant réalisée de préférence parallèlement aux bords latéraux 41c, 41e de la plaque 40.
Dans ce cas, afin de réaliser de telles successions discontinues de sillons sans devoir nécessairement relever la structure porteuse des éléments abrasifs 50 entre deux sillons successifs, la plaque 40 peut être revêtue d’un masquage 60 comme illustré sur les figures 5A-5B.
Les éléments abrasifs 50 ne gravent alors la plaque 40 que de manière localisée à travers des ouvertures 62 du masquage 60. Le masquage 60 peut être à base d’un matériau résistant à l’abrasion, par exemple tel qu’un matériau céramique, de l’alumine, ou du carbure de silicium.
Un tel dispositif permet de réaliser un déplacement des éléments abrasifs 50 par exemple sur toute la largeur W de la plaque 40 sans devoir nécessairement relever la structure porteuse des éléments abrasifs 50 pour pouvoir réaliser des successions discontinues de sillons et éviter de graver certaines portions entre les sillons. Par rapport à l’agencement décrit précédemment, un tel dispositif permet la mise en œuvre d’un mouvement simplifié.
Le plateau 100 d’accueil de la plaque 40 peut être lui-même mobile et actionné par exemple à l’aide d’un système de courroie 102. Ainsi, la plaque 40 peut être convoyée d’une zone à l’autre d’une installation et amenée au dispositif de gravure par déplacement du plateau 100 mobile.
Un dispositif de gravure tel que décrit précédemment peut être intégré dans une installation, par exemple d’une ligne de production industrielle, comportant d’autres dispositifs ou appareils permettant d’effectuer d’autres étapes de fabrication d’un module solaire. Dans ce cas, l’étape de réalisation des sillons peut être effectuée par exemple après une étape de caractérisation courant tension des cellules typiquement réalisée en fin de procédé de fabrication.
L’étape de réalisation des sillons permet de préparer la plaque 40 à une étape ultérieure de clivage. Cette étape de clivage vise à diviser la plaque 40 en plusieurs portions distinctes et séparées.
La plaque 40 sur laquelle les sillons 45 sont réalisés est amenée pour cela à un dispositif clivage configuré pour mettre en flexion la plaque 40 en lui appliquant au moins une force F. il résulte de cette mise en flexion, la propagation d’une fissure de clivage que les sillons 45 précédemment réalisés permettent de guider plus précisément afin de pouvoir réaliser une découpe selon un axe souhaité.
Un exemple de dispositif de clivage de plaque 40 est illustré sur les figures 6A, 6B (respectivement selon une vue de dessus et selon une vue de côté). La plaque 40 est ici disposée sur un support 200 d’accueil qui peut être sous forme d’un plateau. Pour effectuer le clivage, la face inférieure 41b de la plaque 40 peut être maintenue en position fixe contre le support 200 par exemple au moyen de brides 168 de maintien et/ou d’un dispositif d’aspiration (non représenté).
Le dispositif de clivage comprend une structure de mise en flexion ici sous forme d’un système 160 de charnière doté d’un premier élément 162, par exemple sous forme d’une première portion plane sur laquelle une zone d’une région de bord de la plaque 40 appartenant ici à sa face supérieure 41a est destiné à s’appuyer, le premier élément 162 étant monté en rotation par rapport à un deuxième élément 166 de charnière. Le deuxième élément 166 de charnière peut être formé par exemple d’une deuxième portion plane sur laquelle une autre zone de la face supérieure 41a de la plaque 40 est destinée à s’appuyer.
La mise en flexion de la plaque 40 est effectuée par mise en rotation du premier élément 162 par rapport au deuxième élément 166. La rotation est réalisée par rapport à un axe A3 (axe parallèle à l’axe x du repère orthogonal [O ;x ;y ;z] donné sur les figures 6A-6B) parallèle à la face supérieure 41a de la plaque 40.
La plaque 40 est positionnée au bord du support 200 et a une partie en regard du plateau qui est maintenue fixe. Un bord du plateau 200 se trouve de préférence aligné avec un plan P passant par une succession de sillons 45. Une contrainte de mise en flexion est ensuite appliquée, par l’intermédiaire du premier élément 162, mis en rotation, à une portion de la plaque 40 qui dépasse du support 200 et se trouve en regard et en contact du premier élément 162 de charnière.
Un autre exemple de dispositif de clivage est donné sur les figures 7A-7B (respectivement selon une vue de dessus et selon une vue de côté). La structure 170 de mise en flexion comprend cette fois un élément de préhension 176 lié à un bras 172 et monté mobile en rotation, en particulier par rapport à ce bras 172. L’élément de préhension 176 est configuré pour pincer une région de bord de plaque 40 en particulier entre une zone de la face supérieure 40a et une zone de la face inférieure 40b opposée à la face supérieure 40a de la plaque 40. La plaque 40 est disposée sur un support 200 d’accueil qui peut être, là encore, par exemple sous forme d’un plateau. De même que dans l’exemple de réalisation précédemment décrit, la plaque 40 peut être ici maintenue en position fixe contre le support 200 par exemple au moyen de brides 168 de maintien et/ou d’un dispositif d’aspiration (non représenté).
La contrainte en flexion de la plaque 40 est réalisée ici par mise en rotation de l’élément 176 de préhension et en particulier par rapport au support 200.
Avantageusement, l’élément de préhension 176 est prévu de sorte à pincer la plaque 40 sur toute sa largeur W (dimension mesurée parallèlement à l’axe x du repère orthogonal [O ;x ;y ;z]).
Dans ce dispositif de clivage comme dans le dispositif de gravure de plaque décrit précédemment, le support 200 d’accueil de plaque peut être mobile, et déplacé en particulier en translation. Le support 200 peut être mis en mouvement par exemple au moyen d’un système de courroie 202. Un déplacement par pallier ou pas à pas peut être réalisé. Une fois qu’une portion de plaque a été séparée par clivage, un tel déplacement permet de pouvoir présenter un nouveau bord de plaque 40 dévoilé à l’issu de ce clivage. Un tel système peut permettre de placer une nouvelle rangée de sillons 45 au bord du support ou plateau 200 tandis qu’une région de bord de plaque dépasse du bord du support 200.
Dans le cas d’un dispositif de clivage tel que décrit en lien avec les figures 6A-6B, la portion de plaque séparée du reste de la plaque 40 lorsqu’une pression lui est appliquée, peut être récupérée sur une autre courroie 204 située en aval du support 200, puis est déplacée et évacuée de la zone de séparation au moyen de cette courroie.
D’autres dispositifs mobiles de récupération peuvent être envisagés pour réceptionner et déplacer les morceaux de plaque séparés par clivage.
Dans le cas d’un dispositif de clivage tel que décrit en lien avec les figures 7A-7B, l’élément de préhension 172 effectue un mouvement mettant une portion de plaque pincée en flexion. Une fois cette portion de plaque séparée du reste de la plaque 40, ce même élément 172 de préhension, par exemple faisant partie d’un bras robotisé, peut être prévu pour évacuer la portion de plaque clivée vers une zone de stockage ou de convoyage.
Un mouvement similaire peut être répété pour chaque opération de clivage réalisée.
Une séparation entre des portions 40a et 40b de la plaque 40 est ainsi mise en œuvre ( ). Ces portions 40a, 40b sont typiquement prévues pour former chacune une portion de cellule solaire autrement dit une sous-cellule. Dans l’exemple de réalisation illustré, un clivage en demi-cellules est réalisé, mais on peut également prévoir de diviser par clivage la plaque 40 en un nombre de portion supérieur à deux, par exemple en six portions distinctes.
Sur la , des portions de plaque 40a, 40b séparées par cette technique de clivage comportent cette fois chacune au moins une ligne conductrice 47, 49, et un ensemble de doigts 48 de grille métalliques reliés entre eux par une ligne conductrice 47, 49. Les doigts 48 sont typiquement orientés orthogonalement aux lignes conductrices 47, 49.
Une fois le clivage effectué, les portions 40a, 40b sont destinées ensuite à être assemblées pour former un module photovoltaïque.
Dans le cas notamment, où les étapes technologiques de réalisation de cellule solaire décrites précédemment ont déjà été effectuées lorsque l’on effectue le clivage, les portions 40a, 40b obtenues à l’issue de ce clivage peuvent être ensuite passivées au niveau de la face ou tranche mise à nue par le clivage et que l’on appelle bord 44a, 44b de découpe. Une telle passivation est typiquement effectuée par dépôt de matériau diélectrique tel que par exemple du SiNxou de l’AlOxdéposé par exemple par PECVD pour (« Plasma-enhanced chemical vapor deposition »). Au moins une des portions 40a, 40b de plaque obtenue par clivage peut être directement assemblée avec une autre portion de plaque afin de constituer un assemblage de sous-cellules solaires.
Dans l’exemple de réalisation particulier de la , les portions 40a, 40b issues du clivage de la plaque 40 sont ensuite assemblés selon un agencement particulier de type « shingle », autrement dit où une portion 40a de plaque est en contact et chevauche une autre portion 40b. L’autre portion 40b peut être avantageusement reliée à la portion 40a par l’intermédiaire d’une colle conductrice 73.
Pour faciliter un clivage tel que décrit précédemment, on peut, de manière optionnelle, réaliser au moins une entaille 75 dite « d’amorce » autrement dit une fente à proximité ou au niveau d’un bord 41d ou 41f de la plaque 40. Cette entaille 75 d’amorce peut être prévue par exemple avec une longueur (dimension mesurée parallèlement à l’axe x du repère orthogonal [O ;x ;y ;z] donné sur la ) comprise par exemple entre 0.2 mm et 2 mm, avantageusement entre 0.5 mm et 1 mm. L’entaille 75 d’amorce peut être réalisée avec une profondeur (dimension mesurée parallèlement à l’axe z) comprise par exemple entre 30 µm et 60 µm pour une plaque d’épaisseur e totale comprise entre 130 µm et 160 µm. L’entaille 75 d’amorce peut être formée avant ou après la réalisation des sillons 45.
L’entaille 75 est ici de préférence également réalisée avec un élément abrasif tel qu’une pointe, par exemple en diamant plutôt qu’avec un laser. Cela permet également de rendre plus aisée une passivation éventuelle d’un bord 41d de la plaque 40 sur laquelle cette entaille 75 est formée.
Dans l’un ou l’autre des exemples de réalisation qui viennent d’être décrits, on réalise une succession de sillons 45 sur une face dite « supérieure » de la plaque 40. Cette face bien que nommée supérieure ne correspond pas nécessairement à la face communément appelée face « avant » d’une cellule solaire. Ainsi, une réalisation de sillons en face arrière d’une cellule solaire ou d’une cellule solaire en cours de fabrication peut également être mise en œuvre, les sillons pouvant être réalisés sur l’un ou l’autre ou les deux faces principales d’une plaque.
Une installation dotée d’un dispositif 5 de gravure tel que décrit précédemment pour réaliser des sillons sur une plaque 40 et d’un dispositif 215 de clivage de plaque tel que décrit précédemment est représenté de manière schématique sur la .
Une fois gravée et les sillons réalisés sur une plaque 40, cette dernière peut être transférée du dispositif 5 de gravure vers le dispositif 215 de clivage afin d’effectuer le clivage.
Un dispositif de convoyage de plaque muni d’un support 300 mobile, dont le déplacement est actionné par exemple par un système de courroie 302 peut être prévu entre le dispositif de gravure 5 mécanique de plaque et le dispositif 215 de clivage de plaque, pour déplacer une plaque 40.
Selon une mise en œuvre particulière, on peut utiliser le même support, de plaque 40, par exemple un même plateau, pour réaliser l’étape de gravure des sillons et l’étape de clivage. Dans ce cas, ce support mobile peut être avantageusement déplacé par le système de courroie précité entre le dispositif de gravure 5 mécanique de plaque et le dispositif 215 de clivage de plaque.
Claims (15)
- Dispositif (5) de gravure pour la gravure mécanique d’une plaque semi-conductrice (40), en particulier une plaque (40) en silicium dans laquelle une ou plusieurs portions de cellules solaires sont au moins partiellement réalisées, ledit dispositif de gravure étant doté d’un ensemble d’éléments (50) abrasifs juxtaposé(e)s et mobiles par rapport à un support (100) sur lequel la plaque (40) est apte à être disposée,
le dispositif de gravure étant configuré pour appliquer l’ensemble des éléments abrasifs (50) concomitamment sur une première face principale (41a) de la plaque (40) de sorte à réaliser en même temps une pluralité de sillons (45) sur cette première face (41a). - Dispositif de gravure selon l’une des revendications précédentes, lesdits éléments abrasifs (50) étant agencés selon une disposition matricielle en plusieurs rangées (53a, 53b, 53c, 53d, 53e) d’éléments abrasifs juxtaposés.
- Dispositif de gravure selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un masquage (60) disposé sur ladite première face principale (41a) de la plaque (40), le masquage (60) comportant une pluralité d’ouvertures (62), pour permettre aux éléments abrasifs (50) de réaliser des sillons dans le prolongement des ouvertures du masquage.
- Dispositif de gravure selon l’une des revendications précédentes, ledit dispositif de gravure étant configuré pour déplacer une ou plusieurs fois les éléments abrasifs (50) selon un premier axe (A1) réalisant un angle non-nul avec la première face (41a), le premier axe étant en particulier orthogonal ou sensiblement orthogonal à la première face (41a) afin de mettre en contact les éléments abrasifs (50) avec la première face (41a) et appliquer une pression sur la plaque (40) et creuser la plaque (40) puis déplacer les éléments abrasifs (50) selon un deuxième axe (A2) afin d’étendre les sillons, le deuxième axe étant en particulier parallèle ou sensiblement parallèle à la première face (41a).
- Dispositif de gravure selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un support (100) d’accueil de la plaque (40), tel qu’un plateau, sur lequel une deuxième face principale (41b) opposée à la première face principale, est disposée.
- Dispositif de gravure selon la revendication 5, comprenant en outre des moyens (108) de maintien pour maintenir fixe la plaque (40) sur ledit support (100) d’accueil lorsque la plaque est gravée.
- Dispositif de gravure selon l’une des revendications 5 ou 6, comprenant en outre des moyens (102) de déplacement dudit support (100) pour déplacer la plaque 40 par rapport auxdits éléments (50) abrasifs.
- Installation comprenant :
- un dispositif (5) de gravure selon l’une des revendications 1 à 6,
- un dispositif (215) de clivage de plaque, le dispositif de clivage étant doté d’une structure (160, 170) de mise en flexion de plaque configurée pour appliquer une force (F) sur une région de bord d’une plaque semi-conductrice telle qu’une plaque de silicium, en particulier une plaque gravée à l’aide dudit dispositif de gravure selon l’une des revendications précédentes, et mettre en flexion cette plaque (40) de sorte à former une fissure de clivage pour permettre d’effectuer une séparation de la plaque (40) en une première portion (40a) et une deuxième portion (40b). - Installation selon la revendication 8, dans lequel ladite structure de mise en flexion comprend : un système (160) de charnière formé d’un premier élément (162) d’appui sur lequel une zone de ladite région de bord et appartenant à ladite première face principale de ladite plaque (40) est destiné à s’appuyer et d’un deuxième élément (166) d’appui monté en rotation par rapport au premier élément (162) d’appui, et sur lequel au moins une autre zone de ladite première face principale est destiné à s’appuyer, la mise en flexion de la plaque (40) étant effectuée par mise en rotation du premier élément d’appui (162) par rapport au deuxième élément d’appui (166).
- Installation selon la revendication 8, dans lequel la structure (90) de mise en flexion comprend :
- un élément de préhension (176) lié à un élément de soutien tel qu’un bras (172), et monté mobile en rotation par rapport à l’élément (176) de soutien, l’élément de préhension (176) étant configuré pour pincer ladite région de bord entre une zone de la première face (41a) et une zone d’une deuxième face principale (41b) de la plaque (40) opposée à la première face, la mise en flexion de la plaque étant effectuée par mise en rotation de l’élément de préhension (176) tandis que la plaque (40) est maintenue fixe sur un support. - 11. Installation selon l’une des revendications 8 ou 9, comprenant en outre un support (200) et dans lequel la mise en flexion de la plaque (40) est effectuée tandis qu’une deuxième face principale opposée à la première face principale de la plaque (40) de support (100) est maintenue sur ce support.
- Installation selon l’une des revendications 10 ou 11, comprenant en outre un dispositif convoyage de plaque entre le dispositif (5) de gravure mécanique de plaque et le dispositif (215) de clivage de plaque, pour déplacer un support (300) de plaque depuis le dispositif (5) de gravure mécanique de plaque vers le dispositif (215) de clivage de plaque.
- Installation selon la revendication 12, dans lequel le dispositif de gravure et le dispositif de clivage de plaque ont un même support d’accueil de plaque, la réalisation des sillons et le clivage sont réalisés sur ce même support (100) de plaque.
- Procédé de fabrication de cellule solaire, comprenant :
- l’utilisation d’un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 pour former une pluralité de sillons (45) sur la première face principale d’une plaque (40) en silicium dans laquelle une ou plusieurs portions de cellules solaires sont au moins partiellement prévues,
- le clivage de ladite plaque par action mécanique sur ladite plaque (40), en particulier d’une mise en flexion en appliquant au moins une force (F), de sorte à former une fissure de clivage se propageant entre les sillons (45) et à effectuer une séparation de la plaque (40) en une première portion (40a) et une deuxième portion (40b). - Procédé de fabrication de cellule solaire selon la revendication 14, le clivage étant réalisé au moyen d’un dispositif (215) de clivage tel que défini à l’une des revendications 8 à 13.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HEZEL R ET AL: "A new strategy for the fabrication of cost-effective silicon solar cells", RENEWABLE ENERGY, PERGAMON PRESS, OXFORD, GB, vol. 14, no. 1-4, 8 May 1998 (1998-05-08), pages 83 - 88, XP004126823, ISSN: 0960-1481, DOI: 10.1016/S0960-1481(98)00051-2 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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