WO2010070573A2 - Structure of a photovoltaic module - Google Patents

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WO2010070573A2
WO2010070573A2 PCT/IB2009/055739 IB2009055739W WO2010070573A2 WO 2010070573 A2 WO2010070573 A2 WO 2010070573A2 IB 2009055739 W IB2009055739 W IB 2009055739W WO 2010070573 A2 WO2010070573 A2 WO 2010070573A2
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cells
row
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photovoltaic
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PCT/IB2009/055739
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French (fr)
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WO2010070573A3 (en
Inventor
Guy Baret
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Luxol Photovoltaics
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to the structure of a photovoltaic module comprising photovoltaic cells arranged in a network between two substrates and connected together.
  • Photovoltaic cells may be made either by deposition of thin semiconductor layers on an insulating substrate, or from a semiconductor substrate in the form of a thin sheet of thickness typically between 100 and 400 microns.
  • the substrate consists, depending on the technologies used, of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, polycrystalline silicon and amorphous silicon layers, or else semiconductor layers deposited on a glass or plastic substrate. ceramic.
  • the front face of a cell is by definition the face of the cell that directly receives solar radiation.
  • each photovoltaic cell generally has on its front face a network of narrow electrodes, typically 0.1 millimeters wide, in a material rich in nanoparticles. silver, intended to drain the electric current to one or more main electrodes, called buses, from one to a few millimeters in width, also in a material rich in silver.
  • Other cell structures in particular without an electrode array for the collection of current on at least one of the two faces, can be performed. The current collection on this face is then performed via an electronically conductive transparent layer, for example based on doped zinc oxide or indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • Each photovoltaic cell has, on its rear face, an array of electrodes consisting of either a single electrode covering almost the entire surface of the cell, or a network of narrow electrodes for draining the current to one or several main electrodes from one to a few millimeters in width.
  • a cell provides a current depending on the illumination.
  • the voltage depends on the type of semiconductor forming the cell. This voltage is usually of the order of 0.5 volts to 0.65 volts for crystalline silicon and can reach 0.7 volts for more complex structures with thin layers.
  • the desired voltages at the output of the photovoltaic module are generally greater than 6V and typically several tens of volts.
  • a photovoltaic module is then formed of an assembly of several cells connected in series.
  • the cells are connected to each other by electrical conductors, generally flat copper or tinned copper conductors 2 to 3 mm wide and 0.1 to 0, 5 mm thick.
  • electrical conductors generally flat copper or tinned copper conductors 2 to 3 mm wide and 0.1 to 0, 5 mm thick.
  • the assembly thus formed is then placed between two sheets of polymer, for example EVA (Ethyl Vinyl Acetate), themselves placed between two glass substrates.
  • the assembly is then heated for several minutes at a temperature between 120 0 C and 150 0 C to strongly soften the polymer, make it optically transparent and ensure the mechanical cohesion of the module.
  • the front substrate is made of glass, the rear substrate then being made of an opaque polymer.
  • a large fraction of the silicon surface of a photovoltaic cell constituting this module is shielded by the two electrode arrays disposed on the front face of the cell, the narrow electrode array and the wide or bus electrodes.
  • the electrode arrays five to six percent of the surface of a cell is screened by these two arrays of electrodes and therefore does not participate in the collection of incident radiation and therefore to the conversion of energy.
  • the size of the cells tends to increase to sizes of 156 x 156 mm 2 or 200 x 200 mm 2 .
  • the electrical voltage available at the output of a photovoltaic module of given dimensions is becoming smaller, which increases the intensity of the current and therefore the electrical losses.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks and, in particular, to greatly simplify the realization of the interconnections between the cells and to increase the manufacturing efficiency of the modules by decreasing the cell failure rate.
  • the invention also aims to produce photovoltaic modules that provide a high voltage.
  • the front face of a cell is the face of the cell which receives the solar radiation directly.
  • the front face of the module is the face of the module which receives the solar radiation directly.
  • the width of a cell is the dimension measured perpendicularly to the axis of the row of cells to which this cell belongs.
  • this object is achieved by providing the interconnection between the electrode array of the front face of a first cell and the electrode array of the rear face of a second cell of the same row of cells. cells of the photovoltaic module by means of a single interconnection element whose width is at least equal to 80% of the width of the cell, this single interconnection element being superimposed on the front face of the first cell of less than five millimeters.
  • the width of the interconnect element is the dimension measured perpendicular to the axis of the row of cells to which it belongs.
  • the cells forming the module have a width to length ratio greater than two, and more preferably greater than five, the length being the dimension measured parallel to the axis of the row of cells.
  • the cells forming the module have on their front face a single network of parallel monodirectional electrodes at the smallest side of the cell, these electrodes having a width less than or equal to 2 millimeters.
  • the cells forming the module have on their front side only a single network of parallel monodirectional electrodes at the smallest side of the cell and, on one edge of the cell, a perpendicular conductive strip. to the monodirectional electrodes and electrically connected to the end of each of the electrodes of the monodirectional electrode array.
  • the cells forming the module have on their front face a transparent conductive layer.
  • the single interconnection element between two cells of the same row of cells of the photovoltaic module is welded on the one hand to the front face of the first cell and on the other hand to the front back of the second cell.
  • Figure 1 shows in section a photovoltaic module according to the invention.
  • FIG. 2 represents the detail of the interconnection between two cells according to the invention
  • FIG. 3 represents a top view of a photovoltaic cell according to an advantageous embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows in section a photovoltaic cell according to an advantageous embodiment of the invention.
  • FIG. 5 represents a photovoltaic module according to the invention arranged in two rows of cells connected in series.
  • FIG. 6 represents a photovoltaic module according to the invention arranged in three rows of cells connected in parallel.
  • FIG. 7 represents a top view of a photovoltaic cell equipped with the single interconnection element according to the invention.
  • FIG. 8 is a sectional view of a photovoltaic cell equipped with the single interconnection element according to the invention
  • Figure 9 shows a step of setting up a cell.
  • the width of a cell, respectively of the interconnection element is the dimension of the cell, respectively of the interconnection element, measured perpendicularly to the axis of the row of cells in question.
  • a photovoltaic module according to the invention contains several one or more rows of cells, each row containing several cells.
  • the cells are encapsulated (FIG. 1) between a front substrate 30 and a rear substrate 31 using a transparent medium 50.
  • the cells are electrically connected in series.
  • the cells 1 are assembled with a spacing of a few millimeters, typically 1 to 3 millimeters between two consecutive cells.
  • An interconnection element 6 provides electrical contact between the electrode array 3 of the front face of a first cell and the electrode array 2 of the rear face of a second cell of the same row of cells.
  • This interconnect element has a width equal to at least 80% of the width of the cell to which it is connected.
  • the width of the interconnect element is smaller than the width of the cell by 2 to 4 millimeters and is centered in the width of the cell.
  • This interconnection element 6 is electrically connected to the front face of a first cell (FIG. 2) and it covers, on the edge of this front face, the electrode array 3 over 0.5 to 5 millimeters, typically from 1 to 2 millimeters.
  • This interconnection element 6 is also electrically connected to the rear face of a second consecutive cell of the first cell in the same row of cells, and it covers part of the electrode array 2 this rear face, typically over a distance of between 2 to 20 mm.
  • the cells forming the module are rectangular and have a length to width ratio greater than two, and more preferably greater than five, the length being the dimension measured parallel to the axis of the row. of cells.
  • the cells 1 typically have a width of between 10 mm and 60 mm and a length of between 50 and 500 mm.
  • the cells 1 forming the module have on their front face a single network 3 of monodirectional electrodes and a conductive strip 4.
  • the electrodes of the network 3 are parallel to the little side of the cell. These electrodes have a width less than or equal to 1 millimeter, typically 0.05 to 0.2 mm. The distance between the axes of the electrodes is 1 to 10 millimeters, typically 2 to 3 millimeters.
  • the conductive strip 4 is positioned on an edge of the cell 1 in the width direction and is electrically connected to the end of each of the electrodes of the electrode array 3.
  • the conductive strip 4 has a width of less than 4 millimeters, typically 0.5 to 2 mm.
  • the interconnection element 6 is electrically connected to this conductive strip 4.
  • the front face of the cell 1 only supports the network 3 of monodirectional electrodes, without the conductive strip 4.
  • the electrodes of the network 3 are parallel to the smallest side of the cell . These electrodes have a width less than or equal to 1 millimeter, typically 0.05 to 0.2 mm. The distance between the axes of the electrodes is 1 to 10 millimeters, typically 2 to 3 millimeters.
  • the element 6 is electrically connected to the electrode array 3, typically at the end of each of the electrodes of the network 3.
  • each row of cells is electrically connected to the next row, respectively to the electrical output of the module by a conductor 20, respectively a conductor 22.
  • the front substrate 30 is made of glass, typically a thermally quenched glass.
  • the rear substrate 31 is either of glass or of a polymeric material.
  • the encapsulation polymer 50 is chosen from thermoplastic polymers or silicone resins. It maintains the cells by filling the space between the substrates.
  • the element 40 is a spacer to fix the spacing between the two substrates 30 and 31.
  • the interconnection element 6 is on the one hand in contact welded with at least the electrode array 3 of the front face or with the conductive strip 4 of a first cell, the material solder being typically a tin-rich composition.
  • the interconnection element 6 is, on the other hand, in soldered contact with the electrode array 2 of the rear face of a second cell, the solder material being typically a tin-rich composition.
  • FIG. 5 represents a photovoltaic module according to the invention consisting of two rows of cells, the two rows being assembled in series.
  • two consecutive cells 1 are electrically connected by an interconnection element 6.
  • the two rows of cells are electrically connected by a conductor 22.
  • This conductor 22 is in electrical contact with the electrodes of the front face of the cell. the cell at the end of the first row via an interconnection element 6, and in electrical contact with the electrodes of the rear face of the cell to the end of the second row via another interconnection element 6.
  • the conductor 22 is typically a flat copper or tinned copper conductor.
  • the electrical ends of the cell assembly are connected to the outside of the module by electrical conductors 20 and 21.
  • the electrical conductors 20, 21 and 22 are typically flat conductors of copper or tinned copper.
  • the conductor 20 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the rear face of the cell at the end of the first row.
  • the conductor 21 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the front face of the cell at the end of the second row.
  • the electrical conductors 20, 21 and 22 preferably have a thickness equal to the thickness of the cells to 50 microns.
  • FIG. 6 represents a photovoltaic module according to the invention consisting of three rows of cells, the two rows being assembled in parallel. The ends of the three rows of cells are electrically connected to the outside of the module by the electrical conductors 20 and 21 which are typically flat conductors of copper or tinned copper.
  • the conductor 20 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the rear face of the cell at the end of a row.
  • the conductor 21 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the front face of the cell at the end of the row.
  • the invention also applies to cells which have a conductive layer on the front face, replacing the electrode array 3.
  • the interconnection element 6 is then in contact with this conductive layer opposite. before a first cell and with the electrode array 2 of the rear face of a second cell of the same row of cells.
  • a photovoltaic module containing 60 polycrystalline silicon cells is organized in two rows electrically connected in parallel, each row consisting of 30 cells connected electrically in series.
  • the cells have a size of 32 x 200 mm 2 and a thickness of 180 micrometers.
  • Each cell 1 has, on its front face, an array of electrodes 3 parallel to the short side of the cell.
  • Each cell 1 also has on its front face a conductive strip 4 positioned on an edge of the cell 1, in the width direction.
  • This conductive strip is deposited in continuity with the electrodes and is electrically connected to the end of each of the electrodes of the electrode array 3.
  • the conductive strip 4 has a width of 1.5 millimeters.
  • the electrodes of the network 3 terminate at their end opposite the band 4 at 0.5 millimeters from the edge of the cell.
  • These electrodes have a width of 80 microns, a thickness of 10 microns and a pitch between electrodes of 3 millimeters.
  • These electrodes and the conductive strip 4 are formed by serigraphy of a rich silver paste on the front surface of the cell and then fired at high temperature in order to establish a low resistive electrical contact with the substrate as is known in the state. art.
  • Each cell 1 has on its rear face a single electrode 2 covering almost the entire rear surface of the cell except for a peripheral zone half a millimeter wide.
  • Each cell 1 is equipped with an interconnection element 6 as indicated in FIG. 7.
  • This interconnection element 6 consists of a tinned copper ribbon, of a size of 198 ⁇ 5 mm 2 .
  • the thickness of the copper ribbon is 25 microns and is covered with a 4 ⁇ m tin layer deposited by an electrolytic process.
  • This ribbon is then attached to the width of the cell 1 by welding on the conductive strip 4 of the front face of the cell. The soldering is performed by reflow of the electrolytic tin layer.
  • Figure 8 shows in section a cell 1 equipped with an interconnection element 6 welded to the conductive strip 4, the covering of the interconnection element on the conductive strip 4 being 1 millimeter.
  • the rear substrate of the module is prepared by depositing on the rear substrate 31 of soda-lime glass a layer 30 microns thick of a transparent silicone resin.
  • first conductor 21 which ensures the electrical contact between the first cell of the row and the outside of the module is deposited on the silicone resin layer on the substrate 31.
  • This conductor 21 is made of tinned copper with a width of 4 millimeters and of thickness 0.2 millimeters equipped with an interconnection element 6 welded to this conductor 21.
  • a first cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element soldered to the conductor 21 (FIG. 9), while respecting a distance of 2 millimeters between the cell and the conductor 21.
  • a second cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element of the first cell while respecting a distance of 2 millimeters between the cells.
  • the interconnection element 6a of the first cell is deformed to form the interconnection element 6b which is soldered to the front face of the first cell and in contact with the face back of the second cell.
  • a conductor 20 which ensures the electrical contact between the last cell of each row and the outside of the module is deposited on the interconnection element of the last cell of the two rows.
  • the conductor 20 is tin-plated copper having a width of 4 millimeters and a thickness of 0.2 millimeters.
  • the front substrate of the module is prepared by depositing on a substrate before 30, in soda-lime glass having previously undergone thermal quenching the peripheral shims 40 of width 3 millimeters and thickness 0.2 millimeters in polyethylene, then a layer of thickness 30 micrometers. a transparent silicone resin and, inside the wedges, a cord 2 millimeters in diameter of the same silicone resin used for the layer.
  • the final assembly is achieved by bringing the prepared front substrate 30 facing the rear substrate 31 prepared.
  • the assembly is placed in a hermetic enclosure and the air between the two substrates is pumped out into the chamber.
  • the enclosure is then heated and the assembled module is heated to 220 ° C. for 3 minutes.
  • the heating at 220 0 C causes the polymerization of the silicone resin and the melting of the tin deposited on the elements 6, which forms the electrical contacts with low electrical resistance between two successive cells on the same row on the one hand and between the two cells at the end of the row and the conductors 20 and 21 on the other hand.
  • a photovoltaic module containing 50 polycrystalline silicon cells is organized in a single row of 50 cells electrically connected in series.
  • the cells have a size of 30 x 250 mm 2 and a thickness of 150 micrometers.
  • Each cell 1 has on its front face an array of electrodes 3 parallel to the short side of the cell.
  • the electrodes of the network 3 end on each of their ends at 0.5 millimeters from the edge of the cell. These electrodes have a width of 80 microns, a thickness of 10 microns and a pitch between electrodes of 3 millimeters. These electrodes are formed by silkscreening a rich silver paste on the front surface of the cell and then firing at high temperature in order to establish a low resistive electrical contact with the substrate as is known from the state of the art.
  • Each cell has on its rear face an array of electrodes 2 consisting of a grid of square pitch of 1.5 millimeters per side and covering almost the entire rear surface of the cell except for a peripheral zone of 2 millimeters of width.
  • Each cell 1 is equipped with an interconnection element 6.
  • This interconnection element 6 consists of a tinned copper ribbon, of a dimension of 248 ⁇ 6 mm 2 .
  • the thickness of the copper ribbon is 25 micrometers and is covered with a 5 ⁇ m tin layer deposited by an electrolytic process.
  • This ribbon is attached to the width of the cell 1, on the rear face, by welding on the network 2 of electrodes on the rear face of the cell and with a 3-millimeter superimposition on the rear surface of the cell.
  • the solder is made by reflowing the electrolytic tin layer deposited on the interconnection element.
  • the front substrate of the module is prepared by depositing on the front substrate 30 of soda-lime glass having previously undergone a thermal toughening a sheet of an Ethyl-Vinyl-Acetate (EVA) polymer 0.36 mm thick. Then a first conductor 21 which ensures the electrical contact between the first cell of the row and the outside of the module is deposited on the EVA sheet.
  • This conductor 21 is made of tin-plated copper having a width of 4 millimeters and a thickness of 0.2 millimeters, equipped with an interconnection element 6 soldered to this conductor 21.
  • a first cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element welded to the conductor 21, with a distance of 2 millimeters between the cell and the conductor 21.
  • the interconnection element is superimposed on the front face of the cell over a distance of 1 millimeter.
  • a second cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element of the first cell while respecting a distance of 2 millimeters between the cells.
  • the interconnection element 6a of the first cell is deformed to form the interconnection element 6b which is then welded to the rear face of the first cell and in contact with the first cell. front face of the second cell.
  • a conductor 20 which provides electrical contact between the last cell of the row and the outside of the module is deposited on the interconnection element of the last cell of the row.
  • the conductor 20 is tin-plated copper having a width of 4 millimeters and a thickness of 0.2 millimeters.
  • the module is assembled by depositing, on the front substrate 30, a 0.36 mm thick EVA sheet and then the rear substrate 31 consisting of a sheet of a Tedlar TM type polymer.
  • the module is placed in a hermetic enclosure and the air between the two substrates is evacuated by pumping the enclosure.
  • the enclosure is then heated at 140 ° C. for 10 minutes and the EVA polymer flows around the cells and conductors. During this heating step at 140 ° C., additional localized heating on the front face of the module is provided on the overlap zone of each interconnection element 6 with the front electrode network 3 of the cell that it covers.
  • This additional localized heating allows a local melting of the tin layer present on each interconnection element 6 and the formation of electrical contacts with low electrical resistance between two successive cells on the row. Additional localized heating is also applied to the conductor 20 which causes it to be soldered to the interconnect element 6 of the last cell in the array.
  • This additional localized heating can be favorably provided by the energy of a laser, for example a YAG: Nd laser emitting at a wavelength of 1.06 ⁇ m.

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Abstract

The invention is aimed at greatly simplifying the construction of interconnections between the cells of a photovoltaic module and increasing the efficiency of manufacturing the modules by decreasing the rate of defect by breakage of the cells. The invention is also aimed at constructing photovoltaic modules which provide a high voltage. The invention relates to the structure of a photovoltaic module comprising photovoltaic cells arranged in rows and connected in series in one and the same row. In a module according to the invention, the network of electrodes of the front face of a first cell and the network of electrodes of the rear face of a second cell of one and the same row of cells of the photovoltaic module are interconnected by means of a single interconnection element. The width of this interconnection element is at least equal to 80% of the width of the cell. Preferably, the cells forming the module according to the invention have a length to width ratio of greater than or equal to five and, on their front face, a network of monodirectional electrodes parallel to the smallest side of the cell.

Description

Structure d'un module photovoltaïque Structure of a photovoltaic module
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
L'invention concerne la structure d'un module photovoltaïque comportant des cellules photovoltaïques disposées en réseau entre deux substrats et connectées entre elles.The invention relates to the structure of a photovoltaic module comprising photovoltaic cells arranged in a network between two substrates and connected together.
État de la techniqueState of the art
Les cellules photovoltaïques peuvent être réalisées soit par dépôt de couches minces semi-conductrices sur un substrat isolant, soit à partir d'un substrat semi-conducteur se présentant sous forme d'une lame mince d'épaisseur typiquement comprise entre 100 et 400 micromètres. Dans ce dernier cas, le substrat est constitué, selon les technologies mises en œuvre, soit de silicium monocristallin, soit de silicium polycristallin, soit de silicium polycristallin et de couches de silicium amorphe soit encore de couches semiconductrices déposées sur un substrat de verre ou de céramique.Photovoltaic cells may be made either by deposition of thin semiconductor layers on an insulating substrate, or from a semiconductor substrate in the form of a thin sheet of thickness typically between 100 and 400 microns. In the latter case, the substrate consists, depending on the technologies used, of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, polycrystalline silicon and amorphous silicon layers, or else semiconductor layers deposited on a glass or plastic substrate. ceramic.
La face avant d'une cellule est par définition la face de la cellule qui reçoit directement le rayonnement solaire.The front face of a cell is by definition the face of the cell that directly receives solar radiation.
Pour la fabrication des modules photovoltaïques à partir de cellules en lames minces selon l'état de l'art, chaque cellule photovoltaïque possède généralement sur sa face avant un réseau d'électrodes étroites, typiquement 0,1 millimètre de largeur en un matériau riche en argent, destinées à drainer le courant électrique vers une ou plusieurs électrodes principales, appelées bus, de un à quelques millimètres de largeur, également en un matériau riche en argent. D'autres structures de cellule, notamment sans réseau d'électrodes pour la collection de courant au moins sur l'une des deux faces, peuvent être réalisées. La collection de courant sur cette face est alors réalisée par l'intermédiaire d'une couche transparente conductrice électronique, par exemple à base d'oxyde de zinc dopé ou d'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Chaque cellule photovoltaïque possède, sur sa face arrière, un réseau d'électrodes constitué soit d'une électrode unique couvrant presque la totalité de la surface de la cellule, soit d'un réseau d'électrodes étroites destinées à drainer le courant vers une ou plusieurs électrodes principales de un à quelques millimètres de largeur.For the manufacture of photovoltaic modules from thin-film cells according to the state of the art, each photovoltaic cell generally has on its front face a network of narrow electrodes, typically 0.1 millimeters wide, in a material rich in nanoparticles. silver, intended to drain the electric current to one or more main electrodes, called buses, from one to a few millimeters in width, also in a material rich in silver. Other cell structures, in particular without an electrode array for the collection of current on at least one of the two faces, can be performed. The current collection on this face is then performed via an electronically conductive transparent layer, for example based on doped zinc oxide or indium tin oxide (ITO). Each photovoltaic cell has, on its rear face, an array of electrodes consisting of either a single electrode covering almost the entire surface of the cell, or a network of narrow electrodes for draining the current to one or several main electrodes from one to a few millimeters in width.
Une cellule fournit un courant dépendant de l'éclairement. La tension électrique dépend du type du semiconducteur formant la cellule. Cette tension est habituellement de l'ordre de 0,5 Volt à 0,65 Volt pour le silicium cristallin et peuvent atteindre 0.7 Volt pour des structures plus complexes avec des couches minces. Les tensions souhaitées en sortie de module photovoltaïque sont généralement supérieures à 6V et typiquement de plusieurs dizaines de volts. Un module photovoltaïque est alors formé d'un assemblage de plusieurs cellules montées en série.A cell provides a current depending on the illumination. The voltage depends on the type of semiconductor forming the cell. This voltage is usually of the order of 0.5 volts to 0.65 volts for crystalline silicon and can reach 0.7 volts for more complex structures with thin layers. The desired voltages at the output of the photovoltaic module are generally greater than 6V and typically several tens of volts. A photovoltaic module is then formed of an assembly of several cells connected in series.
Pour fabriquer un module photovoltaïque selon l'état de l'art, les cellules sont connectées entre elles par des conducteurs électriques, généralement des conducteurs plats en cuivre ou en cuivre étamé de 2 à 3 mm de largeur et de 0,1 à 0,5 mm d'épaisseur. L'ensemble ainsi formé est ensuite placé entre deux feuilles de polymère, par exemple de l'EVA (Ethyl Vinyl Acétate), elles-mêmes placées entre deux substrats de verre. L'ensemble est ensuite chauffé pendant plusieurs minutes à une température comprise entre 1200C et 1500C pour ramollir fortement le polymère, le rendre optiquement transparent et assurer la cohésion mécanique du module. Dans certains assemblages, seul le substrat avant est en verre, le substrat arrière étant alors constitué d'un polymère opaque. Dans un module photovoltaïque selon l'état de l'art, plusieurs limitations ou difficultés apparaissent. Premièrement une fraction importante de la surface de silicium d'une cellule photovoltaïque constituant ce module est écrantée par les deux réseaux d'électrodes disposées en face avant de la cellule, le réseau d'électrodes étroites et les électrodes larges ou bus. Selon le dessin des réseaux d'électrodes, cinq à six pourcents de la surface d'une cellule est écrantée par ces deux réseaux d'électrodes et ne participe donc pas à la collecte du rayonnement incident et donc à la conversion d'énergie.To manufacture a photovoltaic module according to the state of the art, the cells are connected to each other by electrical conductors, generally flat copper or tinned copper conductors 2 to 3 mm wide and 0.1 to 0, 5 mm thick. The assembly thus formed is then placed between two sheets of polymer, for example EVA (Ethyl Vinyl Acetate), themselves placed between two glass substrates. The assembly is then heated for several minutes at a temperature between 120 0 C and 150 0 C to strongly soften the polymer, make it optically transparent and ensure the mechanical cohesion of the module. In some assemblies, only the front substrate is made of glass, the rear substrate then being made of an opaque polymer. In a photovoltaic module according to the state of the art, several limitations or difficulties appear. Firstly, a large fraction of the silicon surface of a photovoltaic cell constituting this module is shielded by the two electrode arrays disposed on the front face of the cell, the narrow electrode array and the wide or bus electrodes. According to the design of the electrode arrays, five to six percent of the surface of a cell is screened by these two arrays of electrodes and therefore does not participate in the collection of incident radiation and therefore to the conversion of energy.
Deuxièmement, l'assemblage du module avec l'ensemble des cellules et des conducteurs plats est une opération difficile à automatiser. Troisièmement, la soudure des conducteurs plats sur les réseaux d'électrodes des cellules est une cause fréquente de casse des cellules, diminuant ainsi le rendement des opérations de fabrication.Secondly, assembling the module with all the cells and flat conductors is a difficult operation to automate. Thirdly, soldering flat conductors to cell electrode arrays is a common cause of cell breakage, thereby reducing the efficiency of manufacturing operations.
Enfin, la dimension des cellules tend à augmenter vers des tailles de 156 x 156 mm2 ou 200 x 200 mm2. Il en résulte que la tension électrique disponible en sortie d'un module photovoltaïque de dimensions données est de plus en plus faible, ce qui augmente l'intensité du courant et donc les pertes électriques.Finally, the size of the cells tends to increase to sizes of 156 x 156 mm 2 or 200 x 200 mm 2 . As a result, the electrical voltage available at the output of a photovoltaic module of given dimensions is becoming smaller, which increases the intensity of the current and therefore the electrical losses.
Objet de l'inventionObject of the invention
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, de simplifier fortement la réalisation des interconnexions entre les cellules et d'augmenter le rendement de fabrication des modules en diminuant le taux de défaut par casse des cellules. L'invention a également pour but de réaliser des modules photovoltaïques qui fournissent une tension élevée.The object of the invention is to remedy these drawbacks and, in particular, to greatly simplify the realization of the interconnections between the cells and to increase the manufacturing efficiency of the modules by decreasing the cell failure rate. The invention also aims to produce photovoltaic modules that provide a high voltage.
Dans la description suivante, la face avant d'une cellule est la face de la cellule qui reçoit directement le rayonnement solaire. De même, la face avant du module est la face du module qui reçoit directement le rayonnement solaire. Dans la description suivante, la largeur d'une cellule est la dimension mesurée perpendiculairement à l'axe de la rangée de cellules à laquelle appartient cette cellule.In the following description, the front face of a cell is the face of the cell which receives the solar radiation directly. Likewise, the front face of the module is the face of the module which receives the solar radiation directly. In the following description, the width of a cell is the dimension measured perpendicularly to the axis of the row of cells to which this cell belongs.
Selon l'invention, ce but est atteint en réalisant l'interconnexion entre le réseau d'électrodes de la face avant d'une première cellule et le réseau d'électrodes de la face arrière d'une deuxième cellule d'une même rangée de cellules du module photovoltaïque au moyen d'un élément d'interconnexion unique dont la largeur est au moins égale à 80% de la largeur de la cellule, cet élément d'interconnexion unique étant superposé à la face avant de la première cellule de moins de cinq millimètres. La largeur de l'élément d'interconnexion est la dimension mesurée perpendiculairement à l'axe de la rangée de cellules à laquelle il appartient.According to the invention, this object is achieved by providing the interconnection between the electrode array of the front face of a first cell and the electrode array of the rear face of a second cell of the same row of cells. cells of the photovoltaic module by means of a single interconnection element whose width is at least equal to 80% of the width of the cell, this single interconnection element being superimposed on the front face of the first cell of less than five millimeters. The width of the interconnect element is the dimension measured perpendicular to the axis of the row of cells to which it belongs.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les cellules formant le module possèdent un rapport largeur sur longueur supérieur à deux, et plus avantageusement supérieur à cinq, la longueur étant la dimension mesurée parallèlement à l'axe de la rangée de cellules.According to an advantageous embodiment of the invention, the cells forming the module have a width to length ratio greater than two, and more preferably greater than five, the length being the dimension measured parallel to the axis of the row of cells.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les cellules formant le module possèdent sur leur face avant un seul réseau d'électrodes monodirectionnelles parallèles au plus petit côté de la cellule, ces électrodes ayant une largeur inférieure ou égale à 2 millimètres.According to an advantageous embodiment of the invention, the cells forming the module have on their front face a single network of parallel monodirectional electrodes at the smallest side of the cell, these electrodes having a width less than or equal to 2 millimeters.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les cellules formant le module possèdent sur leur face avant seulement un seul réseau d'électrodes monodirectionnelles parallèles au plus petit côté de la cellule et, sur une bordure de la cellule, une bande conductrice perpendiculaire aux électrodes monodirectionnelles et reliée électriquement à l'extrémité de chacune des électrodes du réseau d'électrodes monodirectionnelles. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les cellules formant le module possèdent sur leur face avant une couche conductrice transparente.According to an advantageous embodiment of the invention, the cells forming the module have on their front side only a single network of parallel monodirectional electrodes at the smallest side of the cell and, on one edge of the cell, a perpendicular conductive strip. to the monodirectional electrodes and electrically connected to the end of each of the electrodes of the monodirectional electrode array. According to an advantageous embodiment of the invention, the cells forming the module have on their front face a transparent conductive layer.
Selon un développement de l'invention, l'élément d'interconnexion unique entre deux cellules d'une même rangée de cellules du module photovoltaïque est soudé d'une part à la face avant de la première cellule et d'autre part à la face arrière de la deuxième cellule.According to a development of the invention, the single interconnection element between two cells of the same row of cells of the photovoltaic module is welded on the one hand to the front face of the first cell and on the other hand to the front back of the second cell.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting example and represented in the accompanying drawings, in which:
La figure 1 représente en coupe un module photovoltaïque selon l'invention.Figure 1 shows in section a photovoltaic module according to the invention.
La figure 2 représente le détail de l'interconnexion entre deux cellules selon l'inventionFIG. 2 represents the detail of the interconnection between two cells according to the invention
La figure 3 représente en vue de dessus une cellule photovoltaïque selon un mode de réalisation avantageux de l'invention.FIG. 3 represents a top view of a photovoltaic cell according to an advantageous embodiment of the invention.
La figure 4 représente en coupe une cellule photovoltaïque selon un mode de réalisation avantageux de l'invention La figure 5 représente un module photovoltaïque selon l'invention arrangé en deux rangées de cellules montées en série.FIG. 4 shows in section a photovoltaic cell according to an advantageous embodiment of the invention. FIG. 5 represents a photovoltaic module according to the invention arranged in two rows of cells connected in series.
La figure 6 représente un module photovoltaïque selon l'invention arrangé en trois rangées de cellules montées en parallèle.FIG. 6 represents a photovoltaic module according to the invention arranged in three rows of cells connected in parallel.
La figure 7 représente en vue de dessus une cellule photovoltaïque équipée de l'élément d'interconnexion unique selon l'invention. La figure 8 représente en coupe une cellule photovoltaïque équipée de l'élément d'interconnexion unique selon l'inventionFIG. 7 represents a top view of a photovoltaic cell equipped with the single interconnection element according to the invention. FIG. 8 is a sectional view of a photovoltaic cell equipped with the single interconnection element according to the invention
La figure 9 représente une étape de mise en place d'une cellule.Figure 9 shows a step of setting up a cell.
Description de modes particuliers de réalisation.Description of particular embodiments.
Dans la description suivante, la largeur d'une cellule, respectivement de l'élément d'interconnexion, est la dimension de la cellule, respectivement de l'élément d'interconnexion, mesurée perpendiculairement à l'axe de la rangée de cellules considérée.In the following description, the width of a cell, respectively of the interconnection element, is the dimension of the cell, respectively of the interconnection element, measured perpendicularly to the axis of the row of cells in question.
Un module photovoltaïque selon l'invention contient plusieurs une ou plusieurs rangées de cellules, chaque rangée contenant plusieurs cellules. Les cellules sont encapsulées (figure 1 ) entre un substrat avant 30 et un substrat arrière 31 à l'aide d'un milieu transparent 50. Dans une même rangée, les cellules sont montées électriquement en série. Dans une même rangée, les cellules 1 sont assemblées avec un espacement de quelques millimètres, typiquement 1 à 3 millimètres entre deux cellules consécutives. Un élément d'interconnexion 6 assure le contact électrique entre le réseau d'électrodes 3 de la face avant d'une première cellule et le réseau d'électrodes 2 de la face arrière d'une deuxième cellule d'une même rangée de cellules. Cet élément d'interconnexion a une largeur égale à au moins 80% de la largeur de la cellule à laquelle il est connecté. Typiquement la largeur de l'élément d'interconnexion est plus petite que la largeur de la cellule de 2 à 4 millimètres et il est centré dans la largeur de la cellule. Cet élément d'interconnexion 6 est connecté électriquement à la face avant d'une première cellule (figure 2) et il recouvre, en bordure de cette face avant, le réseau d'électrodes 3 sur 0.5 à 5 millimètres, typiquement de 1 à 2 millimètres. Cet élément d'interconnexion 6 est également connecté électriquement à la face arrière d'une seconde cellule consécutive de la première cellule dans la même rangée de cellules, et il recouvre en partie le réseau d'électrodes 2 cette face arrière, typiquement sur une distance comprise entre de 2 à 20 mm.A photovoltaic module according to the invention contains several one or more rows of cells, each row containing several cells. The cells are encapsulated (FIG. 1) between a front substrate 30 and a rear substrate 31 using a transparent medium 50. In the same row, the cells are electrically connected in series. In the same row, the cells 1 are assembled with a spacing of a few millimeters, typically 1 to 3 millimeters between two consecutive cells. An interconnection element 6 provides electrical contact between the electrode array 3 of the front face of a first cell and the electrode array 2 of the rear face of a second cell of the same row of cells. This interconnect element has a width equal to at least 80% of the width of the cell to which it is connected. Typically the width of the interconnect element is smaller than the width of the cell by 2 to 4 millimeters and is centered in the width of the cell. This interconnection element 6 is electrically connected to the front face of a first cell (FIG. 2) and it covers, on the edge of this front face, the electrode array 3 over 0.5 to 5 millimeters, typically from 1 to 2 millimeters. This interconnection element 6 is also electrically connected to the rear face of a second consecutive cell of the first cell in the same row of cells, and it covers part of the electrode array 2 this rear face, typically over a distance of between 2 to 20 mm.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les cellules formant le module sont rectangulaires et possèdent un rapport longueur sur largeur supérieur à deux, et plus avantageusement supérieur à cinq, la longueur étant la dimension mesurée parallèlement à l'axe de la rangée de cellules. Les cellules 1 ont typiquement une largeur comprise entre 10 mm et 60 mm et une longueur comprise entre 50 et 500 mm.According to an advantageous embodiment of the invention, the cells forming the module are rectangular and have a length to width ratio greater than two, and more preferably greater than five, the length being the dimension measured parallel to the axis of the row. of cells. The cells 1 typically have a width of between 10 mm and 60 mm and a length of between 50 and 500 mm.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention en figures 3 et 4, les cellules 1 formant le module possèdent sur leur face avant un seul réseau 3 d'électrodes monodirectionnelles et une bande conductrice 4. Les électrodes du réseau 3 sont parallèles au plus petit côté de la cellule. Ces électrodes ont une largeur inférieure ou égale à 1 millimètre, typiquement 0.05 à 0.2 mm. La distance entre axes des électrodes est de 1 à 10 millimètres, typiquement 2 à 3 millimètres. La bande conductrice 4 est positionnée sur un bord de la cellule 1 , dans le sens de la largeur et elle est reliée électriquement à l'extrémité de chacune des électrodes du réseau 3 d'électrodes. La bande conductrice 4 a une largeur inférieure à 4 millimètres, typiquement 0.5 à 2 mm. L'élément d'interconnexion 6 est connecté électriquement à cette bande conductrice 4.According to an advantageous embodiment of the invention in FIGS. 3 and 4, the cells 1 forming the module have on their front face a single network 3 of monodirectional electrodes and a conductive strip 4. The electrodes of the network 3 are parallel to the little side of the cell. These electrodes have a width less than or equal to 1 millimeter, typically 0.05 to 0.2 mm. The distance between the axes of the electrodes is 1 to 10 millimeters, typically 2 to 3 millimeters. The conductive strip 4 is positioned on an edge of the cell 1 in the width direction and is electrically connected to the end of each of the electrodes of the electrode array 3. The conductive strip 4 has a width of less than 4 millimeters, typically 0.5 to 2 mm. The interconnection element 6 is electrically connected to this conductive strip 4.
Selon un mode de réalisation plus avantageux de l'invention, la face avant de la cellule 1 ne supporte que le réseau 3 d'électrodes monodirectionnelles, sans la bande conductrice 4. Les électrodes du réseau 3 sont parallèles au plus petit côté de la cellule. Ces électrodes ont une largeur inférieure ou égale à 1 millimètre, typiquement 0.05 à 0.2 mm. La distance entre axes des électrodes est de 1 à 10 millimètres, typiquement 2 à 3 millimètres. L'élément d'interconnexion 6 est connecté électriquement au réseau 3 d'électrodes, typiquement à l'extrémité de chacune des électrodes du réseau 3.According to a more advantageous embodiment of the invention, the front face of the cell 1 only supports the network 3 of monodirectional electrodes, without the conductive strip 4. The electrodes of the network 3 are parallel to the smallest side of the cell . These electrodes have a width less than or equal to 1 millimeter, typically 0.05 to 0.2 mm. The distance between the axes of the electrodes is 1 to 10 millimeters, typically 2 to 3 millimeters. The element 6 is electrically connected to the electrode array 3, typically at the end of each of the electrodes of the network 3.
Pour réaliser la structure du module photovoltaïque selon l'invention, chaque rangée de cellules est reliée électriquement à la rangée suivante, respectivement à la sortie électrique du module par un conducteur 20, respectivement un conducteur 22.To achieve the structure of the photovoltaic module according to the invention, each row of cells is electrically connected to the next row, respectively to the electrical output of the module by a conductor 20, respectively a conductor 22.
Le substrat avant 30 est en verre, typiquement un verre ayant subi une trempe thermique. Le substrat arrière 31 est soit en verre, soit en un matériau polymère. Le polymère d'encapsulation 50 est choisi parmi les polymères thermoplastiques ou les résines silicone. Il assure le maintien des cellules en remplissant l'espace compris entre les substrats. L'élément 40 est une cale d'espacement pour fixer l'espacement entre les deux substrats 30 et 31.The front substrate 30 is made of glass, typically a thermally quenched glass. The rear substrate 31 is either of glass or of a polymeric material. The encapsulation polymer 50 is chosen from thermoplastic polymers or silicone resins. It maintains the cells by filling the space between the substrates. The element 40 is a spacer to fix the spacing between the two substrates 30 and 31.
Selon un développement de l'invention, l'élément d'interconnexion 6 est d'une part en contact soudé avec au moins le réseau d'électrodes 3 de la face avant ou avec la bande conductrice 4 d'une première cellule, le matériau de soudure étant typiquement une composition riche en étain. L'élément d'interconnexion 6 est d'autre part en contact soudé avec le réseau d'électrodes 2 de la face arrière d'une seconde cellule, le matériau de soudure étant typiquement une composition riche en étain.According to a development of the invention, the interconnection element 6 is on the one hand in contact welded with at least the electrode array 3 of the front face or with the conductive strip 4 of a first cell, the material solder being typically a tin-rich composition. The interconnection element 6 is, on the other hand, in soldered contact with the electrode array 2 of the rear face of a second cell, the solder material being typically a tin-rich composition.
La figure 5 représente un module photovoltaïque selon l'invention constitué de deux rangées de cellules, les deux rangées étant assemblées en série. Dans chacune des rangées de cellules, deux cellules 1 consécutives sont reliées électriquement par un élément d'interconnexion 6. Les deux rangées de cellules sont reliées électriquement par un conducteur 22. Ce conducteur 22 est en contact électrique avec les électrodes de la face avant de la cellule à l'extrémité de la première rangée par l'intermédiaire d'un élément d'interconnexion 6, et en contact électrique avec les électrodes de la face arrière de la cellule à l'extrémité de la deuxième rangée par l'intermédiaire d'un autre élément d'interconnexion 6. Le conducteur 22 est typiquement un conducteur plat en cuivre ou en cuivre étamé.FIG. 5 represents a photovoltaic module according to the invention consisting of two rows of cells, the two rows being assembled in series. In each row of cells, two consecutive cells 1 are electrically connected by an interconnection element 6. The two rows of cells are electrically connected by a conductor 22. This conductor 22 is in electrical contact with the electrodes of the front face of the cell. the cell at the end of the first row via an interconnection element 6, and in electrical contact with the electrodes of the rear face of the cell to the end of the second row via another interconnection element 6. The conductor 22 is typically a flat copper or tinned copper conductor.
Les extrémités électriques de l'assemblage de cellules sont reliées à l'extérieur du module par des conducteurs électriques 20 et 21. Les conducteurs électriques 20, 21 et 22 sont typiquement des conducteurs plats en en cuivre ou en cuivre étamé.The electrical ends of the cell assembly are connected to the outside of the module by electrical conductors 20 and 21. The electrical conductors 20, 21 and 22 are typically flat conductors of copper or tinned copper.
Le conducteur 20 est en contact électrique, par l'intermédiaire d'un élément d'interconnexion 6, avec les électrodes de la face arrière de la cellule à l'extrémité de la première rangée. Le conducteur 21 est en contact électrique, par l'intermédiaire d'un élément d'interconnexion 6, avec les électrodes de la face avant de la cellule à l'extrémité de la seconde rangée. Les conducteurs électriques 20, 21 et 22 ont de préférence une épaisseur égale à l'épaisseur des cellules à 50 micromètres près.The conductor 20 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the rear face of the cell at the end of the first row. The conductor 21 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the front face of the cell at the end of the second row. The electrical conductors 20, 21 and 22 preferably have a thickness equal to the thickness of the cells to 50 microns.
La figure 6 représente un module photovoltaïque selon l'invention constitué de trois rangées de cellules, les deux rangées étant assemblées en parallèle. Les extrémités des trois rangées de cellules sont électriquement reliées à l'extérieur du module par les conducteurs électriques 20 et 21 qui sont typiquement des conducteurs plats en en cuivre ou en cuivre étamé.FIG. 6 represents a photovoltaic module according to the invention consisting of three rows of cells, the two rows being assembled in parallel. The ends of the three rows of cells are electrically connected to the outside of the module by the electrical conductors 20 and 21 which are typically flat conductors of copper or tinned copper.
Le conducteur 20 est en contact électrique, par l'intermédiaire d'un élément d'interconnexion 6, avec les électrodes de la face arrière de la cellule à l'extrémité d'une rangée. Le conducteur 21 est en contact électrique, par l'intermédiaire d'un élément d'interconnexion 6, avec les électrodes de la face avant de la cellule à l'extrémité de la rangée.The conductor 20 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the rear face of the cell at the end of a row. The conductor 21 is in electrical contact, via an interconnection element 6, with the electrodes of the front face of the cell at the end of the row.
L'invention s'applique également à des cellules qui possèdent en face avant une couche conductrice en remplacement du réseau d'électrodes 3. L'élément d'interconnexion 6 est alors en contact avec cette couche conductrice en face avant d'une première cellule et avec le réseau d'électrodes 2 de la face arrière d'une deuxième cellule d'une même rangée de cellules. The invention also applies to cells which have a conductive layer on the front face, replacing the electrode array 3. The interconnection element 6 is then in contact with this conductive layer opposite. before a first cell and with the electrode array 2 of the rear face of a second cell of the same row of cells.
Exemple 1Example 1
Un module photovoltaïque contenant 60 cellules en silicium polycristallin est organisé en 2 rangées reliées électriquement en parallèle, chaque rangée étant constituée de 30 cellules reliées électriquement en série. Les cellules ont une dimension de 32 x 200 mm2 et une épaisseur de 180 micromètres.A photovoltaic module containing 60 polycrystalline silicon cells is organized in two rows electrically connected in parallel, each row consisting of 30 cells connected electrically in series. The cells have a size of 32 x 200 mm 2 and a thickness of 180 micrometers.
Chaque cellule 1 possède, sur sa face avant, un réseau d'électrodes 3 parallèles au petit côté de la cellule. Chaque cellule 1 possède également sur sa face avant une bande conductrice 4 positionnée sur un bord de la cellule 1 , dans le sens de la largeur. Cette bande conductrice est déposée en continuité des électrodes et est connectée électriquement à l'extrémité de chacune des électrodes du réseau 3 d'électrodes. La bande conductrice 4 a une largeur de 1.5 millimètre. Les électrodes du réseau 3 se terminent sur leur extrémité opposée à la bande 4 à 0.5 millimètres du bord de la cellule. Ces électrodes ont une largeur de 80 micromètres, une épaisseur de 10 micromètres et un pas entre électrodes de 3 millimètres. Ces électrodes et la bande conductrice 4 sont formées par sérigraphie d'une pâte riche en argent sur la surface avant de la cellule puis cuisson à haute température afin d'établir un contact électrique peu résistif avec le substrat comme cela est connu de l'état de l'art.Each cell 1 has, on its front face, an array of electrodes 3 parallel to the short side of the cell. Each cell 1 also has on its front face a conductive strip 4 positioned on an edge of the cell 1, in the width direction. This conductive strip is deposited in continuity with the electrodes and is electrically connected to the end of each of the electrodes of the electrode array 3. The conductive strip 4 has a width of 1.5 millimeters. The electrodes of the network 3 terminate at their end opposite the band 4 at 0.5 millimeters from the edge of the cell. These electrodes have a width of 80 microns, a thickness of 10 microns and a pitch between electrodes of 3 millimeters. These electrodes and the conductive strip 4 are formed by serigraphy of a rich silver paste on the front surface of the cell and then fired at high temperature in order to establish a low resistive electrical contact with the substrate as is known in the state. art.
Chaque cellule 1 possède sur sa face arrière une électrode unique 2 couvrant la presque totalité de la surface arrière de la cellule à l'exception d'une zone périphérique de un demi millimètre de largeur. Chaque cellule 1 est équipée d'un élément d'interconnexion 6 comme indiqué en figure 7. Cet élément d'interconnexion 6 est constitué d'un ruban de cuivre étamé, d'une dimension de 198 x 5 mm2. L'épaisseur du ruban de cuivre est de 25 micromètres et il est recouvert d'une couche d'étain de 4 μm déposée par un procédé électrolytique. Ce ruban est ensuite rapporté sur la largeur de la cellule 1 par soudure sur la bande conductrice 4 de la face avant de la cellule. La soudure est effectuée par refusion de la couche d'étain électrolytique. La figure 8 montre en coupe une cellule 1 équipée d'un élément d'interconnexion 6 soudé sur la bande conductrice 4, le recouvrement de l'élément d'interconnexion sur la bande conductrice 4 étant de 1 millimètre. Le substrat arrière du module est préparé en déposant sur le substrat arrière 31 en verre sodocalcique une couche d'épaisseur 30 micromètres d'une résine silicone transparente.Each cell 1 has on its rear face a single electrode 2 covering almost the entire rear surface of the cell except for a peripheral zone half a millimeter wide. Each cell 1 is equipped with an interconnection element 6 as indicated in FIG. 7. This interconnection element 6 consists of a tinned copper ribbon, of a size of 198 × 5 mm 2 . The thickness of the copper ribbon is 25 microns and is covered with a 4 μm tin layer deposited by an electrolytic process. This ribbon is then attached to the width of the cell 1 by welding on the conductive strip 4 of the front face of the cell. The soldering is performed by reflow of the electrolytic tin layer. Figure 8 shows in section a cell 1 equipped with an interconnection element 6 welded to the conductive strip 4, the covering of the interconnection element on the conductive strip 4 being 1 millimeter. The rear substrate of the module is prepared by depositing on the rear substrate 31 of soda-lime glass a layer 30 microns thick of a transparent silicone resin.
Puis un premier conducteur 21 qui assure le contact électrique entre la première cellule de la rangée et l'extérieur du module est déposé sur la couche de résine silicone sur le substrat 31. Ce conducteur 21 est en cuivre étamé d'une largeur de 4 millimètres et d'épaisseur 0.2 millimètre équipé d'un élément d'interconnexion 6 soudé sur ce conducteur 21. Une première cellule 1 équipée de son élément d'interconnexion est ensuite déposée en superposition de l'élément d'interconnexion soudé au conducteur 21 (figure 9), en respectant une distance de 2 millimètres entre la cellule et le conducteur 21. Une seconde cellule 1 équipée de son élément d'interconnexion est ensuite déposée en superposition de l'élément d'interconnexion de la première cellule en respectant une distance de 2 millimètres entre les cellules. Lors de la mise en place de la seconde cellule, l'élément d'interconnexion 6a de la première cellule est déformé pour former l'élément d'interconnexion 6b qui est soudé sur la face avant de la première cellule et en contact avec la face arrière de la seconde cellule.Then a first conductor 21 which ensures the electrical contact between the first cell of the row and the outside of the module is deposited on the silicone resin layer on the substrate 31. This conductor 21 is made of tinned copper with a width of 4 millimeters and of thickness 0.2 millimeters equipped with an interconnection element 6 welded to this conductor 21. A first cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element soldered to the conductor 21 (FIG. 9), while respecting a distance of 2 millimeters between the cell and the conductor 21. A second cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element of the first cell while respecting a distance of 2 millimeters between the cells. During the establishment of the second cell, the interconnection element 6a of the first cell is deformed to form the interconnection element 6b which is soldered to the front face of the first cell and in contact with the face back of the second cell.
Les autres cellules de la rangée sont déposées en suivant les mêmes étapes. Puis la seconde rangée de cellules est déposée de la même façon. Un conducteur 20 qui assure le contact électrique entre la dernière cellule de chaque rangée et l'extérieur du module est déposé sur l'élément d'interconnexion de la dernière cellule des deux rangées. Le conducteur 20 est en cuivre étamé d'une largeur de 4 millimètres et d'épaisseur 0.2 millimètre. Le substrat avant du module est préparé en déposant sur un substrat avant 30, en verre sodocalcique ayant préalablement subi une trempe thermique les cales périphériques 40 de largeur 3 millimètres et d'épaisseur 0.2 millimètre en polyéthylène, puis une couche d'épaisseur 30 micromètres d'une résine silicone transparente et, à l'intérieur des cales, un cordon de 2 millimètres de diamètre de la même résine silicone qu'utilisée pour la couche.The other cells in the row are dropped following the same steps. Then the second row of cells is deposited in the same way. A conductor 20 which ensures the electrical contact between the last cell of each row and the outside of the module is deposited on the interconnection element of the last cell of the two rows. The conductor 20 is tin-plated copper having a width of 4 millimeters and a thickness of 0.2 millimeters. The front substrate of the module is prepared by depositing on a substrate before 30, in soda-lime glass having previously undergone thermal quenching the peripheral shims 40 of width 3 millimeters and thickness 0.2 millimeters in polyethylene, then a layer of thickness 30 micrometers. a transparent silicone resin and, inside the wedges, a cord 2 millimeters in diameter of the same silicone resin used for the layer.
L'assemblage définitif est réalisé en amenant le substrat avant 30 préparé en regard du substrat arrière 31 préparé. L'ensemble est placé dans une enceinte hermétique puis l'air entre les deux substrats est évacué par pompage dans l'enceinte. L'enceinte est ensuite chauffée et le module en assemblage est porté à la température de 2200C pendant 3 minutes. Le chauffage à 2200C entraîne la polymérisation de la résine silicone et la fusion de l'étain déposé sur les éléments 6, ce qui forme les contacts électriques à faible résistance électrique entre deux cellules successives sur une même rangée d'une part et entre les deux cellules à l'extrémité de la rangée et les conducteurs 20 et 21 d'autre part. The final assembly is achieved by bringing the prepared front substrate 30 facing the rear substrate 31 prepared. The assembly is placed in a hermetic enclosure and the air between the two substrates is pumped out into the chamber. The enclosure is then heated and the assembled module is heated to 220 ° C. for 3 minutes. The heating at 220 0 C causes the polymerization of the silicone resin and the melting of the tin deposited on the elements 6, which forms the electrical contacts with low electrical resistance between two successive cells on the same row on the one hand and between the two cells at the end of the row and the conductors 20 and 21 on the other hand.
Exemple 2Example 2
Un module photovoltaïque contenant 50 cellules en silicium polycristallin est organisé en 1 rangée unique de 50 cellules reliées électriquement en série. Les cellules ont une dimension de 30 x 250 mm2 et une épaisseur de 150 micromètres.A photovoltaic module containing 50 polycrystalline silicon cells is organized in a single row of 50 cells electrically connected in series. The cells have a size of 30 x 250 mm 2 and a thickness of 150 micrometers.
Chaque cellule 1 possède sur sa face avant un réseau d'électrodes 3 parallèles au petit côté de la cellule. Les électrodes du réseau 3 se terminent sur chacune de leurs extrémités à 0.5 millimètres du bord de la cellule. Ces électrodes ont une largeur de 80 micromètres, une épaisseur de 10 micromètres et un pas entre électrodes de 3 millimètres. Ces électrodes sont formées par sérigraphie d'une pâte riche en argent sur la surface avant de la cellule puis cuisson à haute température afin d'établir un contact électrique peu résistif avec le substrat comme cela est connu de l'état de l'art. Chaque cellule possède sur sa face arrière un réseau d'électrodes 2 constitué d'une grille de pas carré de 1.5 millimètres de côté et couvrant la presque totalité de la surface arrière de la cellule à l'exception d'une zone périphérique de 2 millimètre de largeur. Chaque cellule 1 est équipée d'un élément d'interconnexion 6. Cet élément d'interconnexion 6 est constitué d'un ruban de cuivre étamé, d'une dimension de 248 x 6 mm2. L'épaisseur du ruban de cuivre est de 25 micromètres et il est recouvert d'une couche d'étain de 5 μm déposée par un procédé électrolytique. Ce ruban est rapporté sur la largeur de la cellule 1 , en face arrière, par soudure sur le réseau 2 d'électrodes en face arrière de la cellule et avec une superposition de 3 millimètres sur la surface arrière de la cellule. La soudure est effectuée par refusion de la couche d'étain électrolytique déposée sur l'élément d'interconnexion.Each cell 1 has on its front face an array of electrodes 3 parallel to the short side of the cell. The electrodes of the network 3 end on each of their ends at 0.5 millimeters from the edge of the cell. These electrodes have a width of 80 microns, a thickness of 10 microns and a pitch between electrodes of 3 millimeters. These electrodes are formed by silkscreening a rich silver paste on the front surface of the cell and then firing at high temperature in order to establish a low resistive electrical contact with the substrate as is known from the state of the art. Each cell has on its rear face an array of electrodes 2 consisting of a grid of square pitch of 1.5 millimeters per side and covering almost the entire rear surface of the cell except for a peripheral zone of 2 millimeters of width. Each cell 1 is equipped with an interconnection element 6. This interconnection element 6 consists of a tinned copper ribbon, of a dimension of 248 × 6 mm 2 . The thickness of the copper ribbon is 25 micrometers and is covered with a 5 μm tin layer deposited by an electrolytic process. This ribbon is attached to the width of the cell 1, on the rear face, by welding on the network 2 of electrodes on the rear face of the cell and with a 3-millimeter superimposition on the rear surface of the cell. The solder is made by reflowing the electrolytic tin layer deposited on the interconnection element.
Le substrat avant du module est préparé en déposant sur le substrat avant 30 en verre sodocalcique ayant préalablement subi une trempe thermique une feuille d'un polymère Ethyl-Vinyl-Acétate (EVA) d'épaisseur 0.36 mm. Puis un premier conducteur 21 qui assure le contact électrique entre la première cellule de la rangée et l'extérieur du module est déposé sur la feuille d'EVA. Ce conducteur 21 est en cuivre étamé d'une largeur de 4 millimètres et d'épaisseur 0.2 millimètre équipé d'un élément d'interconnexion 6 soudé sur ce conducteur 21. Une première cellule 1 équipée de son élément d'interconnexion est ensuite déposée en superposition de l'élément d'interconnexion soudé au conducteur 21 , en respectant une distance de 2 millimètres entre la cellule et le conducteur 21. L'élément d'interconnexion est superposé à la face avant de la cellule sur une distance de 1 millimètre. Une seconde cellule 1 équipée de son élément d'interconnexion est ensuite déposée en superposition de l'élément d'interconnexion de la première cellule en respectant une distance de 2 millimètres entre les cellules. Lors de la mise en place de la seconde cellule, l'élément d'interconnexion 6a de la première cellule est déformé pour former l'élément d'interconnexion 6b qui est alors soudé sur la face arrière de la première cellule et en contact avec la face avant de la seconde cellule.The front substrate of the module is prepared by depositing on the front substrate 30 of soda-lime glass having previously undergone a thermal toughening a sheet of an Ethyl-Vinyl-Acetate (EVA) polymer 0.36 mm thick. Then a first conductor 21 which ensures the electrical contact between the first cell of the row and the outside of the module is deposited on the EVA sheet. This conductor 21 is made of tin-plated copper having a width of 4 millimeters and a thickness of 0.2 millimeters, equipped with an interconnection element 6 soldered to this conductor 21. A first cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element welded to the conductor 21, with a distance of 2 millimeters between the cell and the conductor 21. The interconnection element is superimposed on the front face of the cell over a distance of 1 millimeter. A second cell 1 equipped with its interconnection element is then deposited in superposition of the interconnection element of the first cell while respecting a distance of 2 millimeters between the cells. When placing the second cell, the interconnection element 6a of the first cell is deformed to form the interconnection element 6b which is then welded to the rear face of the first cell and in contact with the first cell. front face of the second cell.
Les autres cellules de la rangée sont déposées de la même façon. Un conducteur 20 qui assure le contact électrique entre la dernière cellule de la rangée et l'extérieur du module est déposé sur l'élément d'interconnexion de la dernière cellule de la rangée. Le conducteur 20 est en cuivre étamé d'une largeur de 4 millimètres et d'épaisseur 0.2 millimètre.The other cells of the row are deposited in the same way. A conductor 20 which provides electrical contact between the last cell of the row and the outside of the module is deposited on the interconnection element of the last cell of the row. The conductor 20 is tin-plated copper having a width of 4 millimeters and a thickness of 0.2 millimeters.
Le module est assemblé en déposant, sur le substrat avant 30, une feuille d'EVA d'épaisseur 0.36 mm puis le substrat arrière 31 constitué d'une feuille d'un polymère de type Tedlar™. Le module est placé dans une enceinte hermétique puis l'air entre les deux substrats est évacué par pompage de l'enceinte. L'enceinte est ensuite chauffée à 1400C pendant 10 minutes et le polymère EVA flue autour des cellules et des conducteurs. Pendant cette étape de chauffage à 1400C, un chauffage localisé additionnel en face avant du module est apporté sur la zone de recouvrement de chaque élément d'interconnexion 6 avec le réseau 3 d'électrodes avant de la cellule qu'il recouvre. Ce chauffage localisé additionnel permet une fusion locale de la couche d'étain présente sur chaque élément d'interconnexion 6 et la formation de contacts électriques à faible résistance électrique entre deux cellules successives sur la rangée. Un chauffage localisé additionnel est également appliqué au conducteur 20 ce qui provoque sa soudure avec l'élément d'interconnexion 6 de la dernière cellule de la rangée. Ce chauffage localisé additionnel peut être favorablement apporté par l'énergie d'un laser, par exemple un laser YAG:Nd émettant à une longueur d'onde de 1.06 μm. The module is assembled by depositing, on the front substrate 30, a 0.36 mm thick EVA sheet and then the rear substrate 31 consisting of a sheet of a Tedlar ™ type polymer. The module is placed in a hermetic enclosure and the air between the two substrates is evacuated by pumping the enclosure. The enclosure is then heated at 140 ° C. for 10 minutes and the EVA polymer flows around the cells and conductors. During this heating step at 140 ° C., additional localized heating on the front face of the module is provided on the overlap zone of each interconnection element 6 with the front electrode network 3 of the cell that it covers. This additional localized heating allows a local melting of the tin layer present on each interconnection element 6 and the formation of electrical contacts with low electrical resistance between two successive cells on the row. Additional localized heating is also applied to the conductor 20 which causes it to be soldered to the interconnect element 6 of the last cell in the array. This additional localized heating can be favorably provided by the energy of a laser, for example a YAG: Nd laser emitting at a wavelength of 1.06 μm.

Claims

Structure d'un module photovoltaïqueRevendications Structure of a photovoltaic moduleRevendications
1. Module photovoltaïque contenant des cellules photovoltaïques assemblées en rangées et connectées en série dans une rangée caractérisé en ce que les cellules formant le module possèdent sur leur face avant un seul réseau d'électrodes monodirectionnelles parallèles au plus petit côté de la cellule et que le réseau d'électrodes de la face avant d'une première cellule et le réseau d'électrodes de la face arrière d'une deuxième cellule d'une même rangée sont électriquement connectées au moyen d'un élément d'interconnexion unique ayant une largeur au moins égale à 80% de la largeur de la cellule, la largeur étant mesurée perpendiculairement à l'axe de la rangée de cellules, et étant superposé à la face avant de la première cellule sur une longueur de moins de cinq millimètres.Photovoltaic module containing photovoltaic cells assembled in rows and connected in series in a row, characterized in that the cells forming the module have on their front face a single network of parallel unidirectional electrodes at the smallest side of the cell and that the electrode array of the front face of a first cell and the electrode array of the rear face of a second cell of the same row are electrically connected by means of a single interconnection element having a width at less than 80% of the width of the cell, the width being measured perpendicularly to the axis of the row of cells, and being superimposed on the front face of the first cell over a length of less than five millimeters.
2. Module photovoltaïque contenant des cellules photovoltaïques assemblées en rangées et connectées en série dans une rangée selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cellules formant le module ont un rapport longueur sur largeur supérieur à deux, la longueur étant la dimension mesurée parallèlement à l'axe de la rangée de cellules.Photovoltaic module containing photovoltaic cells assembled in rows and connected in series in a row according to claim 1 characterized in that the cells forming the module have a length to width ratio of greater than two, the length being the dimension measured parallel to the axis of the row of cells.
3. Module photovoltaïque contenant des cellules photovoltaïques assemblées en rangées et connectées en série dans une rangée selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cellules formant le module ont un rapport longueur sur largeur supérieur à cinq, la longueur étant la dimension mesurée parallèlement à l'axe de la rangée de cellules..Photovoltaic module containing photovoltaic cells assembled in rows and connected in series in a row according to claim 1 characterized in that the cells forming the module have a length to width ratio greater than five, the length being the dimension measured parallel to the axis of the row of cells ..
4. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'élément d'interconnexion unique entre une première cellule et une deuxième cellule d'une même rangée de cellules du module photovoltaïque est soudé à la face avant de la première cellule.4. Photovoltaic module according to any one of claims 1 to 3 characterized in that the single interconnection element between a first cell and a second cell of the same cell row of the photovoltaic module is soldered to the front face of the first cell.
5. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'élément d'interconnexion unique entre une première cellule et une deuxième cellule d'une même rangée de cellules du module photovoltaïque est soudé à la face arrière de la deuxième cellule. 5. Photovoltaic module according to any one of claims 1 to 4 characterized in that the single interconnection element between a first cell and a second cell of the same cell row of the photovoltaic module is welded to the rear face of the second cell.
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