FR3142290A1 - Correction de la metallisation pour le clivage de cellules pv - Google Patents
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Abstract
Procédé pour la mise en œuvre d’un dispositif photovoltaïque comprenant : - la mesure d’un angle θmes de désorientation d’une face latérale (41d) donnée d’une plaque de silicium cristallin rectangulaire ou carrée par rapport à une orientation cristalline ‘(110)’, - la formation sur la face supérieure de pistes conductrices (55, 57, 59), orientées de sorte à réaliser un angle α donné par rapport à au moins une première face latérale (41e) parmi lesdites faces latérales prévu en fonction dudit angle θmes de désorientation mesuré, puis - effectuer une étape de clivage de sorte à réaliser une séparation de ladite plaque (40) en une première portion et une deuxième portion. Figure pour l’abrégé : 6.
Description
La présente demande concerne le domaine des cellules solaires encore appelées cellules photovoltaïques et plus précisément celui des cellules solaires à base de silicium cristallin.
Elle s’applique en particulier aux dispositifs à cellule(s) solaire(s) résultant de l’assemblage de portions de plaques de silicium cristallin et concerne un procédé amélioré pour permettre de diviser une plaque en silicium et réaliser une sous-cellule solaire ou un assemblage de sous-cellules solaires, et ce sans altérer la ou les pistes conductrices disposées sur la ou les sous-cellules solaires.
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 US2017/0077343°A1. Dans un tel agencement des sous-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 sont typiquement obtenues en effectuant une découpe d’une plaque (wafer) sur laquelle leurs éléments constitutifs ont été au moins partiellement réalisés et de préférence une fois que leurs éléments constitutifs ont été entièrement fabriqués. 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 la séparation en sous-cellules.
Une technique est présentée dans le document WO2021111063 issu de la demanderesse. Elle consiste à utiliser un plan de clivage préférentiel d’une plaque de silicium cristallin qui correspond à une direction parallèle à l’orientation cristalline ‘(110)’.
Pour effectuer la division d’une plaque, on applique une contrainte mécanique pour propager une fissure de séparation permettant de scinder la plaque en deux portions.
Cette technique a pour avantage de générer un bord de découpe net et propice à la passivation. Cependant, avec une telle technique, une orientation parfaite de la fissure de clivage peut s’avérer difficile à obtenir. Dans un cas idéal, cette orientation est parfaitement parallèle à des faces latérales opposées 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 sous-cellules très rapprochées. La séparation est en effet typiquement réalisée entre les pistes conductrices de deux sous-cellules que l’on souhaite séparer.
Ces pistes conductrices peuvent être sous forme de lignes conductrices communément appelées « bus bars » (i.e. barres de connexion) et/ou de doigts conducteurs.
Ainsi, lorsqu’on amorce une fracture de clivage on souhaite que la fissure de clivage ne vienne pas atteindre les pistes conductrices formées sur la cellule que l’on souhaite cliver.
Un but de la présente invention est de réaliser un clivage d’une plaque de silicium cristallin dotée de pistes conductrices sur une face supérieure ou inférieure sans altérer ces pistes.
Ainsi, pour cela, on met en œuvre des étapes comprenant des étapes consistant à :
- mesurer sur la plaque de silicium cristallin ou sur une autre plaque de silicium cristallin issue d’un même brique d’un lingot que ladite plaque et/ou d’un même procédé de découpe que ladite plaque : un angle dit de « désorientation » θmesd’au moins une face latérale donnée par rapport à une orientation cristalline ‘(110)’,
- former sur ladite plaque : une ou plusieurs pistes conductrices orientées de sorte à réaliser un angle α donné par rapport à au moins une première face latérale parmi lesdites faces latérales et prévu en fonction dudit angle θmesde désorientation mesuré, puis,
- effectuer une étape de clivage de sorte à réaliser une séparation de ladite plaque en une première portion et une deuxième portion.
Avantageusement, lorsque l’angle θmesde désorientation mesuré est supérieur à un premier seuil θ(min) et est inférieur à un deuxième seuil θ(max), les pistes conductrices formées sont disposées par rapport à la première face latérale selon un angle donné α non-nul, égal ou inférieur à l’angle θmesde désorientation mesuré.
Lorsque l’angle θmesde désorientation mesuré est inférieur au premier seuil θ(min), on peut prévoir que les pistes conductrices formées soient disposées parallèlement à la première face latérale.
Selon une possibilité de mise en œuvre du procédé pour laquelle le clivage est réalisé par action mécanique tandis que l’angle θmesde désorientation mesuré est supérieur au deuxième seuil θ(-max) mais inférieur à un troisième seuil S3, le procédé peut comprend en outre préalablement au clivage, la réalisation d’un ou plusieurs sillons répartis le long d’un axe donné afin de guider une fissure de clivage, cet axe donné étant déterminé en fonction de l’angle de désorientation mesuré θmeset disposé par rapport à la première face latérale selon un angle donné non-nul égal ou sensiblement égal ou inférieur à l’angle θmesde désorientation mesuré.
Avantageusement, l’axe donné le long duquel les sillons sont répartis s’étend entre une première piste conductrice et une deuxième piste conductrice parmi les pistes conductrices.
Selon un aspect avantageux on sélectionne la méthode de clivage sélectionnée parmi plusieurs méthodes de clivage en fonction de l’angle θmesde désorientation mesuré.
Ainsi, avantageusement,
- lorsque ledit angle θmesde désorientation mesuré est inférieur à un seuil S3, typiquement de 1°, le clivage est effectué par action mécanique en particulier par mise en flexion en appliquant au moins une force sur la plaque ou ladite autre plaque,
- lorsque angle θmesde désorientation est supérieur au seuil S3, typiquement de 1°, le clivage est effectué par découpe laser.
Selon un mode de réalisation les pistes conductrices peuvent être formées :
- par sérigraphie en utilisant un masque écran doté d’une ou plusieurs ouvertures, les ouvertures du masque écran réalisant l’angle α donné non-nul par rapport à la première face latérale.
Selon une variante de réalisation, les pistes conductrices peuvent être formées par réalisation d’un masquage isolant comportant un ou plusieurs trous disposés par rapport à ladite première face latérale de la plaque de sorte à réaliser l’angle donné angle α donné non-nul et dépôt de matériau métallique dans les trous.
Selon une autre variante de réalisation, les pistes conductrices peuvent être formées par dépôt d’un matériau conducteur, en particulier une encre conductrice à l’aide d’un élément d’éjection de matériau conducteur qui est mobile et se déplace durant le dépôt selon une trajectoire réalisant l’angle α donné non-nul par rapport à ladite première face latérale.
De manière avantageuse, préalablement à la réalisation des pistes conductrices, on peut effectuer un dopage, en particulier un sur-dopage de régions semi-conductrices de la plaque ou de ladite autre plaque sur lesquelles lesdites pistes conductrices sont destinées à être formées en prévoyant ces régions semi-conductrices dopées orientées selon l’angle α donné non-nul par rapport à ladite première face latérale.
Selon une possibilité de mise en œuvre du procédé, la mesure de l’angle θmesde désorientation peut être réalisée par :
- émission d’un faisceau Ri de rayons X incidents sur ladite première face latérale de ladite plaque et réalisant un angle non-nul
- identifier la position angulaire d’un détecteur De par rapport à la première face latérale pour un pic de diffraction maximal à partir du faisceau réfléchi par ladite première face.
Selon une autre possibilité de réalisation, la mesure de l’angle θmesde désorientation peut comprendre des étapes consistant à :
- réaliser une étape de clivage de ladite autre plaque,
- mesurer une première distance l1 entre un premier point de ladite face latérale donnée et un deuxième point situé sur une tranche latérale de ladite plaque dévoilée à l’issue de ladite étape de clivage,
- mesurer une deuxième distance l2 entre un troisième point agencé sur ladite face latérale donnée et un quatrième point de ladite tranche latérale opposée audit troisième point,
- évaluer une troisième distance Dl1l2entre le premier point et le troisième point,
- déduire des première, deuxième et troisième distances, l1, l2, Dl1l2une mesure de l’angle entre ladite tranche et un axe parallèle à ladite face latérale donnée.
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.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Une structure de départ possible pour la mise en œuvre d’un procédé suivant un mode de réalisation de la présente invention est donnée sur les figures 1A et 1B.
Cette structure est ici formée d’une plaque 40 de silicium cristallin avec des faces opposées 41a, 41b dites respectivement « supérieure » et « inférieure » d’orientation cristallographique ‘(100)’, ainsi que des faces latérales 41c, 41d, 41e, 41f qui s’étendent entre la face supérieure 41a et la face inférieure 41b.
La plaque 40 a typiquement une forme rectangulaire ou carrée avec des faces opposées 41a, 41b rectangulaires ou carrées. Par « rectangulaire », on inclue ici les plaques de forme communément appelées « pseudo-rectangulaires » ayant à la place d’un angle droit joignant deux faces latérales consécutives 41c, 41d et orthogonales, une portion courbe ( ), ou une portion formant un biseau reliant ces faces latérales 41c, 41d consécutives. De même, par « carrée », on inclue ici les plaques de forme communément appelée « pseudo-carrée » avec un biseau ou une portion courbe entre deux faces latérales consécutives.
Une telle plaque 40 peut être obtenue par exemple à l’aide d’un procédé tel que décrit dans le document FR 3103965 émanant de la demanderesse.
On cherche à découper cette plaque 40 par clivage en plusieurs portions, en particulier par clivage mécanique, par exemple par une mise en flexion de la plaque 40. Les portions obtenues à l’issue de ce clivage peuvent chacune former une sous-cellule photovoltaïque SC1, SC2.
Une sous-cellule photovoltaïque SC1, SC2 est une cellule photovoltaïque obtenue à partir d’une autre cellule photovoltaïque de plus grande taille ou d’un précurseur de cellule photovoltaïque de plus grande taille. On peut par exemple avoir des sous-cellules correspondant à des demi-cellules photovoltaïques, des quarts de cellules photovoltaïques.
Les faces latérales 41c, 41d, 41e, 41f ont normalement une orientation cristallographique ‘(110)’, mais on souhaite ici estimer un angle de désorientation par rapport à l’orientation cristallographique ‘(110)’ afin d’estimer une désorientation possible d’un plan de clivage Pc lorsque l’on divise la plaque 40 en deux portions par action mécanique sur cette plaque 40. La valeur absolue de l’angle de désorientation est généralement comprise entre de l’ordre de 0.05° à 0.2°, typiquement entre 0.05° et 1°.
On mesure ainsi préalablement à une étape de réalisation de pistes conductrices sur la face supérieure 41a et/ou inférieure 41b de la plaque 40, un angle θmesd’au moins une face latérale donnée 41c, 41d, 41e, 41f, de la plaque 40 de silicium cristallin par rapport à une orientation cristalline ‘(110)’.
Une méthode de mesure de l’angle de désorientation cristalline de la face latérale donnée 41c, 41d, 41e, 41f, de la plaque 40 utilise la diffraction de rayons X.
La illustre de manière schématique un exemple de dispositif de mesure permettant d’évaluer l’angle θmesde désorientation à l’aide d’un goniomètre à rayons X. Le dispositif de mesure est muni d’une source S0 qui émet un faisceau Ri de rayons X réalisant un angle avec une face latérale 41d donnée sur laquelle on effectue la mesure. Lorsque le faisceau Ri rencontre la maille cristalline de cette face 41d il est renvoyé dans des directions déterminées en fonction de l'orientation du réseau cristallin. Par la mesure à l’aide d’un détecteur De de l'intensité des rayons Rr diffractés en fonction du parcours angulaire que réalise ce détecteur De on retrouve l’orientation de la maille de la face 41d.
On pré-positionne typiquement le détecteur De à un angle θthéo<110>= 23.65° par rapport à la face latérale mesurée. Cette position peut être identifiée par le biais d’un dispositif de centrage mécanique à billes (non représenté).
La valeur angulaire θmesretenue correspond à une valeur mesurée qui est identifiée par un pic de diffraction maximal et qui correspond à la désorientation angulaire par rapport à l’orientation <110> pour la face latérale mesurée.
Pour pallier une éventuelle erreur δ de pré-positionnement typiquement inférieure à 0,2° et qui dépend principalement du dispositif de centrage mécanique, on peut procéder à une deuxième mesure sur la face latérale 41d, après rotation de la plaque 40 de 180° par rapport à un axe normal n à la face latérale 41d. Cet axe normal n est parallèle à direction de l’axe x d’un repère orthogonal [O ;x ;y ;z] donné sur la .
Une première mesure fournit une valeur δθ1 = θmes+ δ. Une seconde mesure est effectuée après avoir réalisé une rotation à 180° de la même face 41d pour fournir alors une mesure δθ2 = -θmes+ δ. La désorientation angulaire θmesest déterminée en appliquant une relation : θmes= (δθ1 - δθ2)/2. L’erreur δ de pré-positionnement est déterminée en appliquant la relation : δ= (δθ1 + δθ2)/2
En fonction de la valeur de l’angle θmesde désorientation déterminé, on peut être ensuite amené à adapter le procédé de fabrication de cellules ou sous-cellules solaires mises en œuvre à partir de cette plaque 40.
On adapte en particulier l’orientation de pistes conductrices que l’on réalise ensuite sur la face supérieure 41a et/ou sur la face inférieure 41b, en fonction de l’angle θmesde désorientation mesuré.
Lorsqu’on estime la désorientation mesurée non-négligeable, on peut prévoir de disposer des pistes conductrices 57, 59 (habituellement agencées parallèlement aux faces latérales 41c, 41e de la plaque 40) ici orientées en fonction de l’angle θmesde désorientation déterminé précédemment.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la , les pistes conductrices 57, 59 sont ainsi espacées l’une de l’autre et parallèles entre elles et de sorte à s’étendre sur la plaque 40 en réalisant un angle α non-nul par rapport à un axe Δ parallèle à des faces latérales 41e, 41c de cette plaque 40.
Les pistes conductrices 57, 59 peuvent correspondre à des lignes métalliques, par exemple à base d’Ag, communément appelées barres de bus ou « busbar ». Chaque piste conductrice 57, 59 est destinée à conduire un courant électrique photo-généré consécutivement à une réception de photons sur une ou plusieurs zones sensibles de plaque 40.
L’angle α des pistes conductrices 57, 59 par rapport aux faces latérales 41c, 41e peut être choisi égal à l’angle de désorientation mesuré θmesou inférieur l’angle θmesde désorientation mesuré précédemment.
De cette manière, on peut réaliser ultérieurement un clivage de la plaque 40 par propagation d’une fissure de clivage censée suivre un plan de clivage Pc qui passe ici entre les pistes conductrices 57, 59, sans que cette fissure de clivage ne vienne rencontrer les pistes conductrices 57, 59 et par conséquent ne vienne éventuellement les altérer.
Le procédé de réalisation des pistes conductrices 57, 59 est adapté pour tenir compte de l’angle θmesde désorientation déterminé. Les pistes conductrices 57, 59, peuvent être ainsi par exemple formées par une technique de sérigraphie ou d’impression sur la face supérieure 41a adaptée spécifiquement pour mettre en œuvre des pistes inclinées selon l’angle α.
D’autres éléments conducteurs peuvent être également prévus avec une désorientation par rapport à leur orientation conventionnelle.
Ainsi, dans l’exemple de réalisation donné sur la , une ligne conductrice 55 prévue avec un angle α par rapport à des faces latérales 41e, 41c est reliée à un ensemble de doigts conducteurs 58 parallèles entre eux et espacés les uns des autres. Les doigts 58 peuvent ici réaliser un angle, typiquement prévu égal à α avec les autres faces latérales 41d, 41f de la plaque 40.
Une fois les pistes conductrices formées, on peut effectuer le clivage. Un exemple de réalisation d’une étape ultérieure de clivage visant à diviser la plaque 40 en plusieurs portions distinctes et séparées est donné sur la .
Dans cet exemple, la plaque 40 est disposée sur un support 70 de clivage et une région de la face inférieure 41b (ou supérieure 41a) de la plaque 40 se trouve en appui sur le support 70, tandis qu’une autre région de cette même face 41b (ou 41a) est suspendue, sans être en appui sur ce support 60 ou sur un autre support.
Une force F de direction qui réalise un angle non nul avec la face supérieure 41a ou inférieure 41b de la plaque 40 et de préférence verticale est ensuite appliquée sur une partie de la plaque 40 qui est suspendue et qui n’est pas en appui sur le support 60 ou sur un autre support. De l’application de la force F, il résulte la propagation d’une fissure de clivage dans une direction d’orientation cristallographique ‘(110)’.
D’autres techniques de clivage par action mécanique peuvent être prévues. Ainsi, selon un autre exemple de réalisation non représenté, on effectue la séparation à l’aide d’un élément percuteur que l’on fait entrer en collision avec une zone de la plaque 40.
En variante d’un procédé de clivage par action purement mécanique on peut également mettre en œuvre une autre technique de clivage, en particulier à l’aide d’un laser. Une telle technique peut être privilégiée notamment lorsque l’angle de désorientation mesuré θmes est considéré comme trop important et supérieur à un seuil S3, par exemple de 1°.
A l’issue du clivage ( ) des portions 40a et 40b de la plaque 40 séparées de la plaque 40 sont obtenues et prévues pour former chacune une demi-cellule solaire. Ensuite, les portions 40a, 40b de plaque 40 obtenues à l’issue du clivage peuvent être passivées au niveau d’une tranche latérale 45 mise à nue par le clivage. Une telle passivation est typiquement effectuée par dépôt de matériau diélectrique tel que par exemple du SiNxou du AlOxdéposé par exemple par PECVD pour (« Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition » ou « dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma »). Au moins une des portions 40a, 40b de plaque obtenue par clivage peut être directement assemblée avec une autre portion de plaque 40 afin de constituer un assemblage de demi-cellules solaires.
Selon une variante de réalisation du procédé, on peut adopter une méthode d’évaluation de l’angle de désorientation θmesdifférente de celle décrite précédemment en lien avec la .
Ainsi dans un autre exemple de réalisation illustré sur la , on effectue la mesure d’angle θmesde désorientation directement à partir d’une autre plaque 40’ de silicium cristallin sur laquelle on réalise un clivage pour obtenir une portion 40’a de plaque clivée.
Cette autre plaque 40’ est semblable à la plaque 40 et avantageusement issue d’un même lingot 4 de silicium et d’un même procédé de découpe que le lingot 4 dont est issue la plaque 40.
Un tel lingot 4 et un tel découpage sont illustrés de manière schématique sur les figures 8A-8B. La plaque 40 peut être réalisée à partir du lingot 4 que l’on découpe de sorte à former une brique 14. Cette brique 14 est elle-même pourvue dans le cas idéal de flancs latéraux ayant une orientation cristallographique ‘(110)’ ou sensiblement égale à l’orientation cristallographique ‘(110)’. La brique 14 est alors ensuite elle-même découpée en plusieurs tranches, les plaques 40, 40’ correspondant chacune à une tranche avec des faces supérieure 41a (resp. 41’a) et inférieure 41b (resp. 41’b) d’orientation cristallographique ‘(100)’.
Les plaques 40 et 40’ issues d’une même étape de découpe ont des faces latérales respectives avec des désorientations semblables par rapport à l’orientation cristallographique ‘(110)’.
A partir d’une portion 40’a obtenue par clivage de la plaque 40’ on mesure une première distance l1 (dimension mesurée parallèlement à l’axe y sur la ) entre un premier point M1 d’une face latérale 41’e et un deuxième point M2 situé sur une tranche 45’ latérale de ladite plaque 40’ dévoilée à l’issue dudit clivage.
On mesure également une deuxième distance l2 (dimension mesurée parallèlement à la première distance l1 et à l’axe y sur la ) entre un troisième point M3 agencé sur la même face latérale 41’e et un quatrième point M4 de ladite tranche latérale 45’ opposé audit troisième point M3.
On mesure également une distance Dl1l2(dimension mesurée parallèlement à l’axe x sur la et orthogonalement à la première distance l1 ainsi qu’à la deuxième distance l2) entre le premier point M1 et le troisième point M3.
On déduit ensuite de l1, l2 et Dl1l2une mesure de l’angle entre ladite tranche latérale 45 et un axe parallèle à la direction ‘(110)’. Avantageusement, les mesures peuvent être réalisées à partir d’une ou plusieurs images numériques de la portion 40’a de plaque clivée.
La formule θmes= 180/π*arctan[(l2-l1)/Dl1l2] peut être alors utilisée pour en déduire la désorientation.
Dans l’exemple de procédé décrit précédemment, on effectue une correction d’orientation des pistes conductrices 57, 59 en prévoyant des pistes conductrices 57, 59 réalisant un angle α non-nul par rapport aux faces latérales 41e, 41c. Toutefois, cette correction d’orientation peut être estimée facultative dans un cas où la désorientation θmesest inférieure à un premier seuil θ(min) déterminé.
Lorsque la désorientation θmesest suffisamment faible pour ne pas risquer d’atteindre des pistes conductrices ou motifs de métallisation lors du clivage, on peut en effet prévoir de ne pas appliquer de correction d’orientation, c’est-à-dire de réaliser les pistes conductrices 57, 59 de manière conventionnelle, parallèlement à des faces latérales 41e, 41c de la plaque.
Le premier seuil θ(min) peut dépendre de la longueur Lp (dimension mesurée parallèlement à l’axe x du repère orthogonal [O;x ;y ;z] donné sur la ) de la plaque 40 et d’une valeur d’espacement Esc prévu entre deux sous-cellules.
La longueur Lp est par exemple de 156.75 mm pour une cellule au format M2, de 166 mm pour une cellule de format M6, de 182 mm pour une cellule de type M10, de 210 mm pour une cellule au format M12.
Cet espacement Esc peut correspondre par exemple à une distance séparant les doigts conducteurs d’une première sous-cellule et une piste conductrice de type « bus bar » d’une deuxième sous-cellule.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la , cet espacement Esc correspond à une distance séparant une première piste conductrice 57 de type « bus bar » d’une première sous-cellule SC1 et une deuxième piste conductrice 59 de type « bus bar » d’une deuxième sous-cellule SC2 destinée à être séparée de la première sous-cellule SC1 après clivage.
Si l’on considère Esc comme l’espacement libre entre deux sous-cellules SC1, SC2 et que la séparation s’effectue au centre de cet espacement, alors la déviation maximale Dev_max ( ) tolérée est égale à Esc/2. La formule ci-dessous exprime la déviation Dev en fonction d’un angle β de déviation, et permet donc de connaitre l’angle à partir duquel Dev devient supérieur à Esc/2.
Dev =l*tan(β*π/180) < Esc/2
Par exemple, l’espacement Esc entre deux sous-cellules SC1, SC2 peut être compris entre 100 et 900 microns, par exemple de 600 microns.
Le premier seuil θ(min) peut être par exemple de 0.1° pour une plaque 40 de format M2 et peut être par exemple de 0.08° pour une plaque 40 de format M12.
Dans le cas de figure tel que décrit précédemment en lien avec les figures 3 et 6 où l’on oriente les pistes conductrices 55, 57, 59 pour compenser la désorientation et maintenir le plan de clivage dans la zone d’espacement entre deux sous cellules SC1, SC2 on évite toutefois d’appliquer une rotation trop importante par rapport à une orientation conventionnelle des pistes.
En effet, lorsqu’on prévoit une rotation de motifs de métallisation et que ceux-ci réalisent par exemple un motif 60 de grille comme sur la , ce motif 60 de grille pourrait être incomplet si la correction d’orientation s’avérait trop importante.
Ainsi, on choisit de préférence un angle α de correction de l’orientation de la métallisation qui est inférieur à un deuxième seuil θ(max).
Le deuxième seuil θ (max) peut être déterminé par exemple en tenant compte d’une distance nominale dbc telle que représentée sur la (dimension mesurée parallèlement à l’axe y) entre une extrémité de doigts conducteurs 58 situés à proximité du bord de la plaque 40 et le bord de cette plaque 40.
On peut dans ce cas définir par exemple l’angle θ(max) à ne pas dépasser à partir de la relation :
θ(max) = 180/ π*arctan(dbc/Lserig), avec Lserig la longueur (dimension mesurée parallèlement à l’axe x sur la ) totale d’une piste conductrice 55 reliée aux doigts conducteurs 58.
Par exemple, pour une plaque 40 au format M2 et une distance
dbc = 1mm, le deuxième seuil θ(max) peut être de l’ordre de 0.4°.
dbc = 1mm, le deuxième seuil θ(max) peut être de l’ordre de 0.4°.
Lorsque la désorientation mesurée est telle que θmes> θ(max), mais inférieure à un troisième seuil S3, typiquement de 1°, on peut prévoir une autre mesure de correction pour pouvoir effectuer un clivage sans altérer les pistes conductrices.
Une structure permettant de dévier la fissure de clivage et formée d’un ou plusieurs sillons 145 peut être en particulier prévue.
Une telle structure est représentée de manière schématique sur la vue partielle de dessus des figures 10, 11, 12 et formée d’un ou plusieurs sillons.
Les sillons 145 sont réalisés par abrasion de la face inférieure ou supérieure de plaque 40. Dans l’exemple illustré, les sillons 145 sont avantageusement formés sur la face supérieure 41a de la plaque 40 après avoir réalisé les pistes conductrices 57, 59.
Les sillons 145 s’étend(ent) le long d’un axe ∆ donné qui est parallèle à la face supérieure 41a de la plaque 40 et passe entre une piste conductrice 57 d’une première sous-cellule et une piste conductrice 59 d’une deuxième sous-cellule solaire sans couper les pistes conductrices 57, 59.
Dans l’exemple des figures 11 et 12, les sillons 145 sont parallèles aux pistes conductrices 57, 59.
Les sillons 145 peuvent être prévus avec une longueur ls comprise par exemple entre 500 microns et 2 mm, une largeur Ds comprise par exemple entre 10 et 300 microns, de préférence entre 20 à 100 microns. La profondeur des sillons 145 peut être comprise par exemple entre 1 et 20 microns.
Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la , les sillons 145 prévus pour dévier la trajectoire d’une fissure de clivage sont cette fois orientés de biais par rapport aux pistes conductrices 57, 59.
On peut définir un angle Ω = α-θ(max) comme un angle résiduel à corriger par des sillons 145. Cet angle résiduel peut être ici pris en compte pour calculer le nombre N de sillons 145 minimal pour dévier une fissure de clivage. Un mode d’estimation de ce nombre de sillons N est donné dans la demande de brevet français n°2205711 déposée le 14 juin 2022 devant l’Institut National de la Propriété Industriel (INPI).
Par exemple, si l’on considère un format de plaque M2 de longueur = 156,75mm, un angle α de 1°, un deuxième seuil θ(max)=0.5°, un angle résiduel de Ω =0.5° et Dev_max de 300 microns, on peut alors prévoir de graver 5 sillons correctifs à une distance d’environ 35 mm d’un sillon à l’autre.
Dans un cas critique où l’angle θmesest important et supérieur à un troisième seuil S3, par exemple de 1°, alors on peut prévoir de sélectionner une méthode de clivage différente de la méthode de clivage mécanique évoquée précédemment.
Dans ce cas, pour réaliser le clivage de cellules sans intervention sur la métallisation, on peut opter par exemple pour une méthode de séparation utilisant un laser, en particulier utilisant une technique de stimulation thermique par laser (TLS) qui ne dépend pas d’un plan préférentiel de clivage et de son orientation.
Comme décrit précédemment lorsqu’on prévoit de réaliser sur la plaque 40 de silicium cristallin des pistes conductrices 57, 59 réalisant un angle α non-nul avec des faces latérales 41e, 41c de cette plaque 40, on adapte le procédé de métallisation pour obtenir cet angle.
Pour cela, dans le cas où les pistes sont réalisées par sérigraphie, on peut utiliser un masque écran 110 comme représenté sur la et doté d’ouvertures 112, 114 réalisant ledit angle α donné non-nul par rapport à un axe lui-même parallèle aux faces latérales 41e, 41c (non représentées sur la ) de la plaque 40.
D’autres méthodes de réalisation des pistes conductrices inclinées peuvent être prévues.
Selon un autre exemple de réalisation illustré sur la , on forme sur la plaque de silicium un masquage 120 en matériau diélectrique doté de trous 122, 124 qui s’étendent dans une direction réalisant ledit angle α non nul et inférieur à S3 par rapport à des faces latérales de la plaque. Les trous 122, 124 du masquage isolant peuvent être réalisés par exemple par gravure laser dont on adapte la trajectoire. Les trous 122, 124 sont ensuite remplis de matériau conducteur pour former les pistes conductrices.
Ainsi, le principe de rotation du motif réalisé par les pistes conductrices, en particulier sous forme d’une grille métallique s’applique à différentes technologies de cellules et en particulier à des cellules faisant appel à d’autres technologies de métallisation que la sérigraphie.
En variante d’autres méthodes de métallisation, par exemple de type impression par jet d’encre (« inkjet printing » selon la terminologie anglo-saxonne) ou de métallisation par voie électrochimique (« electroplating » selon la terminologie anglo-saxonne) peuvent être employées pour réaliser les pistes conductrices inclinées par rapport au bord de la cellule.
Dans le cas notamment de l’impression par jet d’encre, le dépôt de matériau conducteur, en particulier une encre conductrice, est effectué au moyen d’un élément d’éjection d’encre conductrice qui est mobile et se déplace durant le dépôt selon une trajectoire réalisant l’angle α donné non-nul par rapport aux bords latéraux de la plaque.
La rotation d’angle α peut être également appliquée aussi bien à des pistes ou éléments conducteurs réalisés en face avant qu’en face arrière de plaque. Elle s’applique par exemple à des cellules PERC (pour « Passivated Emitter and Rear Cell »).
La rotation d’angle α peut être également appliquée à d’autres étapes de procédé, et en particulier à des étapes de dopage ou de sur-dopage effectuées en amont de la métallisation.
Préalablement à la réalisation des pistes conductrices on peut être amené à effectuer un dopage de régions 46, 48 semi-conductrices de la plaque 40, par exemple au niveau de sa face supérieure. Ces régions semi-conductrices qui peuvent être déjà dopées sont alors sur-dopées. Le dopage est par exemple réalisé par implantation à travers un masquage doté d’ouvertures dévoilant des régions 46, 48 semi-conductrices qui s’étendent dans une direction réalisant l’angle α donné non-nul par rapport à des faces latérales de la plaque. La rotation d’angle α s’applique à d’autres techniques de dopage en particulier à un dopage ou sur-dopage assisté par laser, voire à une technique de diffusion utilisant un masque.
Un procédé tel que décrit précédemment s’applique en particulier à des cellules solaires à hétérojonction. Il peut également s’appliquer à d’autres technologies de cellules, par exemple à des cellules multi-jonctions, également appelées « cellules tandem ».
Claims (11)
- Procédé pour la mise en œuvre d’un dispositif photovoltaïque en particulier d’au moins une sous-cellule solaire (SC1, SC2) comprenant des étapes consistant à :
- mesurer, sur une plaque de silicium cristallin rectangulaire ou carrée dotée d’une face (41a) supérieure et d’une face (41b) inférieure d’orientation cristalline ‘(100)’, ou sur une autre plaque (40’) de silicium cristallin issue d’une même brique de lingot que ladite plaque (40) et/ou d’un même procédé de découpe que ladite plaque (40), un angle dit de « désorientation » θmesd’au moins une face latérale donnée (41c, 41d, 41e, 41f) par rapport à une orientation cristalline ‘(110)’,
- former sur ladite face supérieure (41a) et/ou sur ladite face inférieure (41b) de ladite plaque (40) une ou plusieurs pistes conductrices (57, 59), lesdites pistes conductrices étant orientées de sorte à réaliser un angle α donné par rapport à au moins une première face latérale (41e, 41c) parmi lesdites faces latérales prévu en fonction dudit angle θmesde désorientation mesuré, puis
- effectuer un clivage de ladite plaque sorte à réaliser une séparation de ladite plaque (40) en une première portion (40a) et une deuxième portion (40b). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel, lorsque ledit angle θmesde désorientation mesuré est supérieur à un premier seuil θ(min) et est inférieur à un deuxième seuil θ(max), lesdites une ou plusieurs pistes conductrices (57, 59) formées sont disposées par rapport à ladite première face latérale (41e, 41c) selon un angle donné α non-nul et égal ou inférieur audit angle θmesde désorientation mesuré.
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lorsque ledit angle θmesde désorientation mesuré est inférieur au premier seuil θ(min), lesdites une ou plusieurs pistes conductrices (57, 59) formées sont disposées parallèlement à ladite première face latérale (41c, 41e).
- Procédé selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel le clivage est réalisé par action mécanique en appliquant au moins une force (F) sur la plaque (40) et dans lequel, lorsque ledit angle θmesde désorientation mesuré est supérieur au deuxième seuil θ(max) mais inférieur à un troisième seuil S3, le procédé comprend en outre préalablement au clivage par action mécanique, la réalisation d’un ou plusieurs sillons (145) répartis le long d’un axe donné (∆) pour guider une fissure de clivage, ledit axe donné (∆) étant déterminé en fonction dudit angle de désorientation mesuré θmeset disposé par rapport à ladite première face latérale (41c, 41e) selon un angle donné non-nul égal ou sensiblement égal ou inférieur audit angle θmesde désorientation mesuré.
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit axe donné (∆) s’étend entre une première piste conductrice (57) et une deuxième piste conductrice (59) parmi lesdites pistes conductrices.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de clivage est effectuée selon une méthode de clivage sélectionnée parmi plusieurs méthodes de clivage en fonction dudit angle θmesde désorientation mesuré.
- Procédé selon la revendication 6, dans lequel :
- lorsque ledit angle θmesde désorientation mesuré est inférieur à un troisième seuil S3, le clivage est effectué par action mécanique en particulier par mise en flexion en appliquant au moins une force (F) sur la plaque (40),
- lorsque angle θmesde désorientation est supérieur au troisième seuil S3, le clivage est effectué par découpe laser. - Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel lesdites une ou plusieurs pistes conductrices (57, 59) sont formées :
- par sérigraphie en utilisant un masque écran (110) doté d’une ou plusieurs ouvertures (112, 114), les ouvertures dudit masque écran réalisant ledit angle α donné non-nul par rapport à ladite première face latérale (41e, 41c), ou
- en formant un masquage isolant (120) comportant un ou plusieurs trous (122, 124) lesdits un ou plusieurs trous étant disposés par rapport à ladite première face latérale (41e) réalisant ledit angle α donné non-nul par rapport à ladite première face latérale (41e, 41c) puis en déposant un matériau métallique dans les lesdits un ou plusieurs trous, ou
- par dépôt d’un matériau conducteur, en particulier une encre conductrice à l’aide d’un élément d’éjection de matériau conducteur mobile, ledit élément d’éjection se déplaçant durant le dépôt selon une trajectoire réalisant l’angle α donné non-nul par rapport à ladite première face latérale (41e, 41c). - Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel préalablement à la réalisation desdites une ou plusieurs pistes conductrices (57, 59), on effectue un dopage, en particulier un sur-dopage de régions (46, 48) semi-conductrices de la plaque (40) sur lesquelles lesdites pistes conductrices sont destinées à être formées, lesdites régions (46, 48) semi-conductrices étant disposées de sorte à réaliser l’angle α donné non-nul par rapport à ladite première face latérale (41e, 41c).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la mesure de l’angle θmesde désorientation est réalisée en émettant un faisceau (Ri) de rayons X incidents sur ladite première face latérale (41d) de ladite plaque (40) et réalisant un angle non-nul et en identifiant la position angulaire d’un détecteur (De) par rapport à la première face latérale (41d) pour un pic de diffraction maximal à partir du faisceau réfléchi (Rr) par ladite première face.
- Procédé selon l’une des 1 à 8, dans lequel la mesure de l’angle θmesde désorientation est effectuée sur ladite autre plaque et comprend des étapes consistant à :
- réaliser une étape de clivage de ladite autre plaque (40’),
- mesurer une première distance l1 entre un premier point (M1) de ladite face latérale donnée et un deuxième point (M2) situé sur une tranche latérale (45’) de ladite autre plaque (40’) dévoilée à l’issue dudit clivage,
- mesurer une deuxième distance l2 entre un troisième point (M3) agencés sur ladite face latérale donnée et un quatrième point (M4) de ladite tranche latérale opposée audit troisième point (M3),
- évaluer une troisième distance Dl1l2entre le premier point (M1) et le troisième point (M3),
- déduire des première, deuxième et troisième distances, l1, l2, Dl1l2une mesure de l’angle entre ladite tranche (45’) et un axe parallèle à ladite face latérale donnée.
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