WO2017103350A1 - Dispositif optique pour diminuer la visibilite des interconnexions electriques dans des modules photovoltaiques semi-transparents en couches minces - Google Patents

Dispositif optique pour diminuer la visibilite des interconnexions electriques dans des modules photovoltaiques semi-transparents en couches minces Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to semitransparent photovoltaic modules composed of thin-film solar cells connected together by visible interconnection and electrical insulation lines, and more particularly the photovoltaic modules whose transparency rate is obtained by creating a more or less dense network of geometric transparency zones in the structure of said thin layers.
  • a photovoltaic module is composed of a multitude of photovoltaic cells connected in series. Each cell consists of a stack of thin layers positioned in the following order: a transparent substrate (for example mineral or organic glass), then a conductive transparent front electrode generally consisting of a conductive transparent oxide, designated hereinafter by the term "TCO” (Acronym of the term “Transparent Conductive Oxide”), then a photo-active layer generally called “absorber”, then a conductive back electrode, usually called “back contact”, which is often metallic.
  • TCO conductive transparent oxide
  • Absorber a photo-active layer
  • back contact usually called “back contact”
  • the scribes are lines called P1, P2 and P3 which are generally made by laser.
  • Other architectures exist which cause the phenomenon of transparency and which do not require any ablation WO 2008/093933 and US 2013/0247969) but no particular characteristic concerning the optical quality of the device is described.
  • the visual quality of a photovoltaic module we can also define this quality as the absence, or the least visual distinction, of the geometric, colorimetric and contrast discontinuities that could be seen on its surface by the eye of an observer placed at a distance of about 30 cm.
  • the size and the position of the lines of interconnection and isolation of the cells (the scribes) with respect to the zones of transparency create a geometric and contrast discontinuity which is generally perceived by the eye and degrades the desired visual quality.
  • Such a good visual quality is mainly sought for photovoltaic glass.
  • the invention hereinafter describes a device which makes it possible to improve the visual quality of a photovoltaic surface composed of a multitude of thin-film cells connected by electrical interconnection and isolation lines (scribes), this improvement. visual quality is obtained by making said interconnection and isolation lines less visible, or even invisible, for an observer placed at about 40 cm from said photovoltaic surface.
  • the subject of the invention is a semi-transparent photovoltaic module comprising: on the one hand a stack of thin layers including at least one transparent thin layer which has the function of a front electrode, a photovoltaic thin film which has the function of an absorber, and a thin metallic layer which has the function of a rear electrode ; said thin layers being deposited on a transparent substrate; said photovoltaic module being partitioned into a plurality of N, N + 1,..., N + x cells electrically interconnected by means of electrical interconnection lines P2 making the junction between the rear electrode of the N cell and the front electrode of the N + 1 cell, and by means of electrical insulation lines making the insulation P3 between the rear electrode of the N cell and the N + 1 cell, and the insulation P1 between the front electrode N cell and N + 1 cell;
  • a multitude of transparency zones arranged at least in said rear metal electrode and in said photovoltaic absorber thin layer; said transparency areas all having the same geometric shape and being positioned relative to each other to form one or more networks visually revealing a multitude of rectilinear strip areas whose longitudinal axes are parallel; some of said transparency zones being arranged in bands having a high density of transparency and some of said transparency zones being arranged in a band having a low transparency density, characterized in that said electrical insulation lines P1 and P3 are positioned in said rectilinear bands of high density of transparency, and said electrical interconnection lines P2 are positioned in said rectilinear strips of low transparency density, so as to reduce the visibility with the naked eye of said lines of insulation and electrical interconnection P1, P2 and P3.
  • the electrical interconnection lines P2 and the insulation lines P1 and P3 have different colors and transparencies depending on whether said lines are positioned in a transparency zone or not and that the manufacturing is done by laser ablation (ablation direct thin film) or by lithography processes (etching layers through a mask).
  • the analysis of the different possible cases shows that the visibility of said lines (P1.P2.P3) is reduced when they are positioned in zones in rectilinear bands whose color or transparency as the case is similar to theirs,
  • a typical particular case is that of a photovoltaic surface whose partial transparency is achieved by the removal of a network of zones, holes, having the form of disks.
  • the discs must not touch each other so that the electric current can flow from one cell to another.
  • the spaces between the holes are aligned and form a multitude of areas in rectilinear bands of low transparency. It is then in this zone of low transparency that it is wise to place the connector P2 which is itself opaque.
  • Insulation lines P1 and P3 are lines drawn respectively in the front and back electrodes, it is then advisable to place these lines in the zones in rectilinear bands of high transparency which have formed along the lines which pass through the center ablated areas, here the center of the circular holes. In this case, the lines P1 and P3 will naturally be transparent.
  • the geometric shapes of the transparency zones constituting said ordered network are chosen from among the following forms or in combination: discs, oval, polygonal, hexagonal, square surfaces.
  • the disks make it possible to minimize the diffraction effects with respect to the polygonal shapes.
  • the width of said three lines of interconnection and electrical insulation is less than 100 micrometers. This width makes it easy to place the interconnection line P2 in a band of low transparency, so as not to be visible in a transparent zone.
  • the distance separating two consecutive interconnection or electrical insulation lines is greater than 100 micrometers. It can be shown that in this configuration, said three lines are at the limit of the separating power of the eye, substantially 116 microns for observation at a distance of more than 40 cm from the module.
  • the geometric shapes of said transparency zones have their largest dimension greater than 400 micrometers. Such dimensions improve the optical quality of the semi-transparent photovoltaic module, in particular by reducing blur.
  • the opaque zones separating said transparency zones have their smallest dimension less than 100 micrometers.
  • Figure 1 is a cross-sectional diagram of a photovoltaic module composed of thin layers.
  • FIG. 2 represents a table summarizing the different appearances of the electrical connection lines in the case of a laser ablation transparency embodiment.
  • FIG. 3 represents a table summarizing the different appearances of the electrical connection lines in the case of a lithographic transparency embodiment.
  • FIG. 4 represents an example of non-optimized positioning of the scribes in the case of laser ablation or by lithographic process.
  • FIG. 5 represents an example of optimized positioning of the scribes which then become invisible in the case of laser ablation or lithographic process.
  • Figure 6 shows the example of a network of circular transparency zones and the calculation of the dimensions and the optimal positioning of the scribes.
  • Figure 7 shows an example of hexagonal honeycomb transparency zones.
  • FIG. 1 represents in section a photovoltaic module (1) and its constituents: N, N + 1, N + X cells are connected in series mode. All the cells have an identical width L and are constituted by the stack of a transparent substrate (S), usually made of glass or plastic, of a thin layer of transparent conductive oxide (2) also called the front electrode which is deposited on the transparent substrate (5), a thin absorber layer (3) which is a photovoltaic layer, for example amorphous silicon, and then a thin conductive metal layer (4) called a back electrode.
  • S transparent substrate
  • P1 insulating lines
  • a second etching line (P2) is formed in the absorber (3), which is then filled with metal and forms the contact between the rear electrode (4) and the front electrode (2) of the cell (N). , making it an Interconnection line.
  • Insulation lines (P3) are formed in the rear electrode (4). For practical reasons, the etching of the lines P3 is generally done up to the front electrode (2) of the cell (N).
  • the lines P1, P2 and P3 do not have the same color since they are not covered by the same material.
  • the device can be observed either on the side of the rear contact (4), or on the side of the transparent substrate (5).
  • the line P1 is covered by the metal (4) and is therefore only very little or not visible.
  • the P2 line is also covered with metal but can be more visible if the TCO (2) / metal (4) interface is textured, while the P3 line is completely transparent, thus contrasting with the metal, making it visible .
  • the line P1 has the color of the photoactive layer (3), the line P2 that of the metal (4) and the line P3 remains completely transparent.
  • the width of the insulation and interconnection lines (P1.P2.P3) varies from about ten microns to a hundred microns and the distance between the lines also varies from ten to a hundred microns.
  • FIG. 2 is a two-input array that applies to laser etched cells and maps each of the P1, P2, P3 connection lines (the first column showing their original color) and their possible position. outside a transparency zone (OUT) or inside a transparency zone (IN). Each case envisaged gives six combinations, six boxes whose dark or light aspect informs on the visual rendering of each line (P1.P2.P3). It can thus be seen that P1 and P2, which are originally opaque, remain dark after ablation when they are outside a transparency zone (OUT) but only P1 becomes transparent in a zone of transparency (IN), while P2 remains opaque. P3, which is originally transparent, remains transparent after ablation both in a transparent area (IN) and in a non-transparent area (OUT).
  • the fourth column indicates the best optical positioning choice (IN or OUT) for each of the three lines (P1.P2.P3).
  • FIG. 3 is a two-input table that applies to cells made by lithography etching processes and which matches each of the connection lines P1, P2, P3 (the first column showing their original color). ) and their possible position outside a transparent area (OUT) or inside a transparent area (IN).
  • Each case envisaged gives six combinations, six boxes whose dark or light aspect informs on the visual rendering of each line (P1.P2.P3).
  • P1 and P2 which are originally opaque, remain dark after etching when they are outside a transparency zone (OUT) and that P3, which is originally transparent, remains transparent outside this transparency zone. (OUT).
  • all the scribes P1, P2 and P3 are transparent in the zones of transparency (IN) after engraving.
  • the fourth column indicates the best choice of positioning (IN or OUT) for each of the three lines (P1.P2.P3).
  • P1 and P3 in zones (IN) "while it is possible optically to position the lines P2 indifferently in (IN) or (OUT) zones.
  • P2 is the electrical interconnection line between the front electrode and the rear electrode, if it were placed in an area (IN), only part of the line would effectively serve to interconnect the two electrodes. This would have the effect of increasing the resistance of the cell and thus reduce the electrical performance of the photovoltaic module.
  • the interconnection line P2 must advantageously be placed outside a transparent zone (OUT) for reasons of electrical production.
  • FIG. 4 represents a junction between two N and N + 1 cells in the case where the zones of transparency (6) (here disks) are made by laser ablation and when the position of the scribes is not optimized.
  • the incident beam of the laser passes through the transparent substrate first. Due to the differences in absorption of the laser beam by the different materials that make up the cell, depending on the wavelength and the proper fluence of the laser, some thin layers of the cell may be transparent. For example, a pulsed green laser with a wavelength of 532 nrn will be used to ablate the photocurrent layer. The TCO is transparent for this wavelength of the laser, the ablation then occurs first in the photoactive layer which sprays the thin metal placed behind.
  • the content of the scribe P1 is ablated together with the photoactive layer if the latter is located in the zone of transparency, whereas the scribe P2 which contains only the metal may not be ablated by the laser (at the same time). fluence).
  • the P2 can therefore remain visible through the transparency zone. This is shown in Figure 4. At the visual level it is the entire line of vertical disks (7) which becomes darker and the scribe P3, which is transparent, adds transparency to the line of vertical disks ( 8) because said scribe P3 is positioned mostly in areas of non-transparency (9), which will be perceived by the eye of the observer as an amplified contrast defect.
  • Figure 5 shows the example of Figure 4 above but this time the position of the scribes is optimized by following the guidelines in column (4) of the table in Figure 2.
  • the scribes P1 and P3 are placed in the areas of transparency (IN, 6), that is to say substantially in the center and parallel to the parallel bands of high transparency (7,8) and the scribe P2 is placed in a zone of non-transparency (OUT), that is to say say substantially in the center and parallel to parallel bands of low transparency (9).
  • "Parallel bands of high or low transparency” means the respective appearance of light or dark bands perceived by the observer who, being at a distance from the areas of transparency greater than the separating power of his eye, does not distinguish the contents said bands.
  • said bands of high transparency (7, 8) consist of the alignment of the transparent discs (6)
  • said bands of low transparency (9) consist of the spaces between the alignment of the transparent disks (6).
  • FIG. 6 illustrates a calculation method for calculating the distance d between the centers of two rows of disks (6) for a photovoltaic module which must be rendered semi-transparent by laser ablation. If R is the radius of the disks (6) and Cd is the distance between the disks, the geometric formula is:
  • the width of each cell that composes the module, and thus the distance between two consecutive lines P1 is L
  • the condition for the lines P1 and P3 to be positioned at the center of the transparency patterns (6) at each interconnection is that the width L of each cell is proportional to the distance d:
  • the width L of each cell and the distance d between the geometric shapes of the zones of transparency (6) is given by the relation L * k d; k 5 being an integer.
  • the width of the cells L is fixed beforehand during the deposition of the layers by scribes P1 made in the TCO.
  • the positioning of the scribes with respect to the bands of high or low transparency which are generally performed after the deposition of the thin layers of the photovoltaic module. is optimized at each interconnection by adjusting the radius R of the circular holes and the distance Cd between them according to the degree of transparency. This optimization is done via a simple algorithm known to those skilled in the art so as to satisfy the relationship (2).
  • the width L of the cells is then calculated before the realization of the Insulation scribes P1 so as to satisfy the relation (2).
  • the positioning of the scribes P2 and P3 is done according to the dimensions R of the circular holes and the distance Cd between the holes.
  • the scribes are fixed beforehand during the deposition of the various layers constituting the photovoltaic module, the scribe P2 being located halfway between the scribes P1 and P3.
  • their position is detected using a camera.
  • a correction either of the size of the geometric shapes of the transparency zones, or of the distance between said shapes, is progressively made on all of said shapes or alternatively on the shapes close to the scribes. This correction can be done using a pilot program the laser to position the bands of high density of transparency at the insulation line P1 and P3, and low density bands of transparency at the line P2.
  • FIG. 7 illustrates another example of optimized positioning of scribes P1, P2 and P3 in a network of hexagonal holes.
  • P1 and P3 are placed in the areas of transparency (IN), that is to say substantially in the center and parallel to parallel bands of high transparency (7,8) and P2 is placed in a non-transparent area (OUT) that is to say substantially in the center and parallel to the parallel strips of low transparency (9).
  • the invention responds well to the goals set by improving the visual quality of a photovoltaic module (1) composed of a multitude of thin-film cells connected by interconnection lines and electrical insulation (P1 .P2.P3), this improvement in the visual quality is obtained by making the said interconnection and electrical insulation lines less visible, or even non-visible, by placing the said lines (P1.P2.P3) in zones of transparency or of non transparency in relation to the similarity of their apparent colors.

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Abstract

Problème à résoudre : L'invention est relative à des modules photovoltaïques en couches minces qui sont rendus semi-transparente par ablation au laser ou par des procédés de lithographie. Les zones de transparence (6) forment un réseau de motifs répétitifs comme un réseau de trous circulaires ou hexagonaux. Les lignes d'isolation électrique (P1.P3) et les lignes d'interconnexions électriques P2 entre les cellules se positionnent d'une manière aléatoire soit dans les zones de transparence (6), soit dans les zones de non transparence, et mettent en évidence des effets visuels qui diminuent la qualité d'homogénéité dudit module photovoltaïque. Solution : afin de les rendre invisibles à l'œil nu, lesdites lignes d'isolation électrique P1 et P3 sont positionnées dans des zones de transparence (6) disposées en bandes rectilignes (7,8) de forte densité de transparence, et tes lignes d'interconnexion électrique P2 sont positionnées dans des zones de transparence (6) disposées en bandes rectilignes (9) de faible densité de transparence.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE POUR DIMINUER LA VISIBILITE DES
INTERCONNEXIONS ELECTRIQUES DANS DES MODULES PHOTOVOLTAIQUES SEMI-TRANSPARENTS EN COUCHES MINCES La présente invention se rapporte aux modules photovoltaïques semi- transparents composés de cellules solaires en couches minces connectées entre elles par des lignes d'interconnexion et d'isolation électrique visibles, et plus spécialement les modules photovoltaïques dont le taux de transparence est obtenu par la création d'un réseau plus ou moins dense de zones de transparence géométriques dans la structure desdites couches minces.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un module photovoltaïque est composé d'une multitude de cellules photovoltaïques connectées en série. Chaque cellule est constituée d'un empilement de couches minces positionnées dans l'ordre suivant: un substrat transparent (par exemple du verre minéral ou organique), puis une électrode avant transparente conductrice constituée généralement d'un oxyde transparent conducteur désigné ci- après par le terme « TCO » (Acronyme du terme anglais « Transparent Conductive Oxide »), puis une couche photo-active généralement appelée « absorbeur », puis une électrode arriére conductrice, généralement appelée « contact arrière », qui est souvent métallique. L'épaisseur de chaque couche mince varie de quelques centaines de nanométres à quelques microns.
La transparence des modules photovoltaïques est très recherchée dans l'industrie du bâtiment et est obtenue par différents procédés de gravure et/ou de lithographie des différentes couches minces (tel que décrit dans US 4,795,500 de Sanyo). Plus récemment la transparence a été obtenue par un procédé d'ablation laser desdites couches minces. Le brevet US 6,858,461 décrit une technique d'ablation laser de lignes perpendiculaires aux lignes d'interconnexion et d'isolation électrique des cellules. Lesdites lignes d'interconnexions et d'isolation sont désignées ci-après par le mot anglais « scribes ». Dans le brevet US 2011/0017280 A, ce sont des micro-trous qui sont réalisés dans la structure des cellules et le diamètre des trous dépend de l'énergie et du diamètre du faisceau laser, ce diamètre n'excède pas les 40 pm. Pour augmenter la transparence, Nexpower (brevet US 7,951,725) réalise successivement par ablation laser dans deux couches minces différentes, deux trous superposés et de diamètres différents. Le plus petit dans l'électrode transparente (avant le dépôt de la couche photo-active et du métal), le deuxième plus large après dépôt de la couche photo-active et du contact métallique arrière.
Dans le cas des modules photovoltaïques en couches minces, les scribes sont des lignes appelées P1, P2 et P3 qui sont réalisées généralement par laser. D'autres architectures existent qui provoquent le phénomène de transparence et qui ne nécessitent aucune ablation (WO 2008/093933 et US 2013/0247969) mais aucune caractéristique particulière concernant la qualité optique du dispositif n'est décrite.
Si l'on définit la qualité visuelle d'un module photovoltaïque par l'homogénéité de sa transparence, on peut aussi définir cette qualité comme l'absence, ou la moindre distinction visuelle, des discontinuités géométriques, colorimétriques et de contraste qui pourraient être vues à sa surface par l'œil d'un observateur placé a une distance d'environ 30 cm. Or la taille et la position des lignes d'interconnexion et d'isolation des cellules (les scribes) par rapport aux zones de transparence créent une discontinuité géométrique et de contraste qui est généralement perçue par l'œil et dégrade la qualité visuelle recherchée. Une telle qualité visuelle de bon niveau est principalement recherchée pour les vitrages photovoltaïques.
BUT DE L'INVENTION
L'invention décrit ci-après un dispositif qui permet d'améliorer la qualité visuelle d'une surface photovoltaïque composée d'une multitude de cellules en couches minces connectées par des lignes d'interconnexion et d'isolation électriques (scribes), cette amélioration de la qualité visuelle est obtenue en rendant lesdites lignes d'interconnexion et d'isolation moins visibles, voire invisibles, pour un observateur placé à environ 40 cm de ladite surface photovoltaïque.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention a pour objet un module photovoltaïque semi-transparent comprenant : d'une part un empilement de couches minces dont au moins une couche mince transparente qui a la fonction d'électrode avant, une couche mince photovoltaïque qui a la fonction d'absorbeur, et une couche mince métallique qui a la fonction d'électrode arrière ; lesdites couches minces étant déposées sur un substrat transparent ; ledit module photovoltaïque étant partitionné en une pluralité de cellules N,N+1,..,N+x connectées entre elles électriquement au moyen de lignes d'interconnexion électrique P2 faisant la jonction entre l'électrode arrière de la cellule N et l'électrode avant de la cellule N+1, et au moyen de lignes d'isolation électrique faisant l'isolation P3 entre l'électrode arrière de la cellule N et de la cellule N+1, et l'isolation P1 entre l'électrode avant de la cellule N et de ta cellule N+1;
d'autre part une multitude de zones de transparence aménagées au moins dans ladite électrode métallique arrière et dans ladite couche mince photovoltaïque absorbeur ; lesdites zones de transparence ayant toutes la même forme géométrique et étant positionnées les unes par rapport aux autres pour former un ou plusieurs réseaux laissant apparaître visuellement une multitude de zones en bandes rectilignea dont les axes longitudinaux sont parallèles ; certaines desdites zones de transparence étant disposées selon des bandes ayant une forte densité de transparence et certaines desdites zones de transparence étant disposées selon une bande ayant une faible densité de transparence, caractérisé en ce que lesdites lignes d'isolation électrique P1 et P3 sont positionnées dans lesdites bandes rectllignes de forte densité de transparence, et lesdites lignes d'interconnexion électrique P2 sont positionnées dans lesdites bandes rectilignes de faible densité de transparence, de manière à diminuer la visibilité â l'oeil nu desdites lignes d'isolation et d'interconnexion électrique P1 , P2 et P3.
En effet les lignes d'interconnexion électrique P2 et les lignes d'isolation P1 et P3 ont des couleurs et des transparences différentes suivant que lesdites lignes sont positionnées dans une zone de transparence ou pas et suivant que la fabrication se fait par ablation laser (ablation directe de couches minces) ou par des procédés de lithographie (gravure des couches à travers un masque). L'analyse des différents cas possibles (voir ci-après la description détaillée des figures 2 et 3) montre que la visibilité desdites lignes (P1.P2.P3) est réduite lorsqu'elles se positionnent dans des zones en bandes rectilignes dont la couleur ou la transparence selon le cas est semblable à la leur, Un cas particulier typique est celui d'une surface photovoltaïque dont la transparence partielle est réalisée par l'ablation d'un réseau de zones, de trous, ayant la forme de disques. Dans ce cas, les disques ne doivent pas se toucher pour que le courant électrique puisse circuler d'une cellule à l'autre. Les espaces entre les trous sont alignés et forment une multitude de zones en bandes rectilignes de faible transparence. C'est alors dans cette zone de faible transparence qu'il est judicieux de placer le connecteur P2 qui est lui-même opaque. Les lignes d'isolation P1 et P3 sont des lignes tracées respectivement dans les électrodes avant et arrière, il est alors judicieux de placer ces lignes dans les zones en bandes rectilignes de forte transparence qui se sont formées le long des lignes qui passent par le centre des zones ablatées, ici le centre des trous circulaires. Dans ce cas, les lignes P1 et P3 seront naturellement transparentes. La nécessité de rendre les lignes P1, P2 et P3 parallèles entre elles pour ne pas qu'elles se chevauchent, et la nécessité de créer des zones en bandes rectilignes de faible et de forte transparence pour permettre au mieux le « camouflage » desdites lignes P1, P2 et P3, oblige d'une part à choisir la forme de base et les dimensions (espacement, largeur, disposition, taux de transparence) du réseau de zones de transparence et d'autre part à choisir les dimensions en largeur et en espacement des trois lignes P1 , P2 et P3 pour que la combinaison de tous ces éléments soit compatible entre eux et aboutisse au résultat recherché.
Dans un mode de réalisation particulier les formes géométriques des zones de transparence constitutives dudit réseau ordonné sont choisies parmi les formes suivantes ou en combinaisons entre elles : des disques, des surfaces ovales, polygonales, hexagonales, carrées. Avantageusement, les disques permettent de minimiser les effets de diffraction par rapport aux formes polygonales.
Dans un autre mode de réalisation particulier, la largeur desdites trois lignes d'interconnexion et d'isolation électrique (P1.P2.P3) est inférieure à 100 micromètres. Cette largeur permet de placer aisément la ligne d'interconnexion P2 dans une bande de faible transparence, afin de ne pas être visible dans une zone de transparence. Selon une variante de réalisation, la distance qui sépare deux lignes d'interconnexion ou d'isolation électrique (P1.P2.P3) consécutives, est supérieure à 100 micromètres. On peut montrer que dans cette configuration, lesdites trois lignes sont à la limite du pouvoir séparateur de l'œil, sensiblement de 116 μm pour une observation à une distance de plus de 40 cm du module.
Dans un autre mode de réalisation particulier, les formes géométriques desdites zones de transparence ont leur plus grande dimension supérieure à 400 micromètres. De telles dimensions améliorent la qualité optique du module photovoltaïque semi-transparent, par réduction du flou notamment.
Suivant un autre mode de réalisation particulier, les zones opaques qui séparent lesdites zones de transparence ont leur plus petite dimension inférieure à 100 micromètres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description des ligures 1 à 7 indexées.
La figure 1 est un schéma en coupe transversale d'un module photovoltaïque composé de couches minces.
La figure 2 représente un tableau récapitulatif des différentes apparences des lignes de connexions électriques dans le cas d'une réalisation de transparence par ablation Laser.
La figure 3 représente un tableau récapitulatif des différentes apparences des lignes de connexions électriques dans le cas d'une réalisation de transparence par Lithographie.
La figure 4 représente un exemple de positionnement non optimisé des scribes dans le cas d'une ablation Laser ou par procédé lithographique. La figure 5 représente un exemple de positionnement optimisé des scribes qui deviennent alors invisibles dans le cas d'une ablation Laser ou par procédé lithographique.
La figure 6 représente l'exemple d'un réseau de zones de transparence circulaires et le calcul des dimensions et du positionnement optimal des scribes.
La figure 7 représente un exemple de zones de transparence hexagonales en nid d'abeilles.
La figure .1 représente en coupe un module photovoltaïque (1) et ses constituants : des cellules N, N+1, N+X... sont connectées en mode série. Toutes les cellules ont une largeur identique L et sont constituées par l'empilement d'un substrat transparent (S), d'ordinaire en verre ou en plastique, d'une couche mince d'oxyde transparent conducteur (2) encore appelée électrode avant qui est déposée sur le substrat transparent (5), une couche mince d'absorbeur (3) qui est une couche photovoltaïque comme par exemple du silicium amorphe, puis une couche mince métallique conductrice (4) appelée électrode arrière. La séparation des cellules (N, N+1, N+x,...) est réalisée par des lignes d'isolation (P1) dans le TCO (2), généralement réalisées par scribes au laser ou par gravure chimique associée à un processus de lithographie. Une deuxième ligne de gravure (P2) est réalisée dans l'absorbeur (3) qui est ensuite remplie de métal et qui forme le contact entre l'électrode arrière (4) et l'électrode avant (2) de ta cellule (N), ce qui en fait une ligne d'Interconnexion. Des lignes d'isolation (P3) sont réalisées dans l'électrode arrière (4). Pour des raisons pratiques, la gravure des lignes P3 se fait généralement jusqu'à l'électrode avant (2) de la cellule (N). Les lignes P1, P2 et P3 ne présentent pas la même couleur puisqu'elles ne sont pas recouvertes par le même matériau. En fonction du type d'application, le dispositif peut être observé soit du côté du contact arrière (4), soit du côté du substrat transparent (5). Dans le cas où le dispositif est regardé du coté métallique (4), la ligne P1 est recouverte par le métal (4) et n'est donc que très peu ou pas visible. La ligne P2 est recouverte aussi de métal mais peut être davantage visible si l'interface TCO (2) / métal (4) est texturée, alors que la ligne P3 est complètement transparente, donc contrastée par rapport au métal, ce qui la rend visible. Dans le cas où le dispositif est regardé du côté du substrat transparent (5), la ligne P1 présente la couleur de la couche photoactive (3), la ligne P2 celle du métal (4) et la ligne P3 reste complètement transparente. La largeur des lignes d'isolation et d'interconnexion (P1.P2.P3) varie d'une dizaine de microns à une centaine de microns et la distance entre les lignes varie aussi d'une dizaine à une centaine de microns.
La figure 2 est un tableau à deux entrées qui s'applique à des cellules gravées au laser et qui fait la correspondance entre chacune des lignes de connexions P1, P2, P3 (la première colonne montrant leur couleur d'origine) et leur position possible à l'extérieur d'une zone de transparence (OUT) ou à l'intérieur d'une zone de transparence (IN). Chaque cas envisagé donne six combinaisons, six cases dont l'aspect sombre ou clair renseigne sur le rendu visuel de chaque ligne (P1.P2.P3). On constate ainsi que P1 et P2, qui sont originellement opaques, restent sombres après ablation lorsqu'ils sont en dehors d'une zone de transparence (OUT) mais seul P1 devient transparent dans une zone de transparence (IN), alors que P2 reste opaque. P3, qui est originellement transparent, demeure transparent après ablation aussi bien dans une zone de transparence (IN) que dans une zone hors transparence (OUT). La quatrième colonne indique le meilleur choix optique de positionnement (IN ou OUT) pour chacune des trois lignes (P1.P2.P3). Ainsi il sera judicieux de positionner P1 et P3 dans des zones de transparence (IN) et P2 dans des zones de non transparence (OUT) aftn qu'ils soient le moins visible possible à l'œil nu.
La figure 3 est un tableau à deux entrées qui s'applique à des cellules réalisées par des procédés de gravure par lithographie et qui fait ta correspondance entre chacune des lignes de connexions P1, P2, P3 (la première colonne montrant leur couleur d'origine) et leur position possible à l'extérieur d'une zone de transparence (OUT) ou â l'intérieur d'une zone de transparence (IN). Chaque cas envisagé donne six combinaisons, six cases dont l'aspect sombre ou clair renseigne sur le rendu visuel de chaque ligne (P1.P2.P3). On constate ainsi que P1 et P2, qui sont originellement opaques, restent sombres après gravure lorsqu'ils sont en dehors d'une zone de transparence (OUT) et que P3, qui est originellement transparent, reste transparent en dehors de cette zone de transparence (OUT). En revanche, tous les scribes P1, P2 et P3 sont transparents dans les zones de transparence (IN) après gravure. La quatrième colonne indique le meilleur choix de positionnement (IN ou OUT) pour chacune des trois lignes (P1.P2.P3). Ainsi, il sera judicieux de positionner P1 et P3 dans des zones (IN)» alors qu'il est possible optiquement de positionner les lignes P2 indifféremment dans des zones (IN) ou (OUT). Cependant P2 étant la ligne d'interconnexion électrique entre l'électrode avant et l'électrode arrière, si elle était placée dans une zone (IN), seule une partie de la ligne servirait effectivement à l'interconnexion des deux électrodes. Cela aurait pour effet d'augmenter la résistance de la cellule et diminuerait ainsi la performance électrique du module photovoltaïque. Donc la ligne d'interconnexion P2 doit être placée avantageusement en dehors d'une zone de transparence (OUT) pour des raisons de production électrique.
On constate donc que les meilleurs choix de positionnement des scribes (colonne 4) quel que soit le procédé d'ablation du module (laser ou lithographie), sont identiques.
La figure 4 représente une jonction entre deux cellules N et N+1 dans le cas où les zones de transparence (6) (ici des disques) sont faits par ablation laser et lorsque la position des scribes n'est pas optimisée. Dans la majorité des cas le faisceau incident du laser traverse d'abord le substrat transparent. En raison des différences d'absorption du faisceau laser par les différents matériaux qui composent la cellule, cela en fonction de la longueur d'onde et de la fluence propre du laser, certaines couches minces de la cellule peuvent être transparentes. Par exemple un laser puisé vert de longueur d'onde de 532 nrn sera utilisé pour ablater la couche photc-active. Le TCO est transparent pour cette longueur d'onde du laser, l'ablation se produit alors en premier dans la couche photo-active qui pulvérise le métal de faible épaisseur placé derrière. Le contenu du scribe P1 est ablaté en même temps que la couche photo-active si ce dernier est situé dans la zone de transparence, alors que le scribe P2 qui ne contient que le métal peut ne pas être ablaté par le laser (à la même fluence). Le P2 peut donc rester visible au travers de la zone de transparence. C'est ce que montre cette figure 4. Au niveau visuel c'est toute la ligne de disques verticale (7) qui devient alors plus sombre et le scribe P3, qui est transparent, ajoute de la transparence à la ligne de disques verticale (8) car ledit scribe P3 est positionné en majorité dans des zones de non transparence (9), ce qui sera perçu par l'œil de l'observateur comme un défaut de contraste amplifié.
La figure 5 reprend l'exemple de la figure 4 précédente mais cette fois la position des scribes est optimisée en suivant les directives de la colonne (4) du tableau de la figure 2. Les scribes P1 et P3 sont placés dans les zones de transparence (IN, 6), c'est-à-dire sensiblement au centre et parallèlement aux bandes parallèles de grande transparence (7,8) et le scribe P2 est placé dans une zone de non transparence (OUT) c'est-à-dire sensiblement au centre et parallèlement aux bandes parallèles de faible transparence (9). On entend par « bandes parallèles de grande ou de faible transparence » l'apparence respective de bandes claires ou sombres perçues par l'observateur qui, étant à une distance des zones de transparence supérieure au pouvoir séparateur de son œil, ne distingue pas le contenu desdites bandes. Dans l'exemple des figures 4 et 5 ci-dessus lesdites bandes de grande transparence (7,8) sont constituées par l'alignement des disques transparents (6) et lesdites bandes de faible transparence (9) sont constituées par les espaces compris entre l'alignement des disques transparents (6).
La figure 6 illustre une méthode de calcul pour calculer la distance d entre les centres de deux rangées de disques (6) pour un module photovoltaïque qui doit être rendu semi-transparent par ablation au laser. Si R est le rayon des disques (6) et Cd la distance qui sépare les disques, la formule géométrique est :
Figure imgf000011_0001
Si la largeur de chaque cellule qui compose le module, donc la distance entre deux lignes P1 consécutives, est L, la condition pour que les lignes P1 et P3 soient positionnées au centre des motifs de transparence (6) à chaque interconnexion, est que la largeur L de chaque cellule soit proportionnelle à la distance d :
Figure imgf000012_0001
Autrement dit la largeur L de chaque cellule et la distance d entre les formes géométriques des zones de transparence (6) est donnée par la relation L* k d ; k 5 étant un nombre entier.
Dans un exemple de réalisation, si la transparence est réalisée par des lignes de trous circulaires, la largeur des cellules L est fixée au préalable pendant le dépôt des couches par les scribes P1 réalisées dans le TCO. Le positionnement des scribes par rapport aux bandes de forte ou faible transparence qui sont réalisées en général après le dépôt des couches minces du module photovoltaïque. est optimisé à chaque interconnexion en ajustant le rayon R des trous circulaires et la distance Cd entre eux en fonction du taux de transparence. Cette optimisation se fait via un algorithme simple connu de l'homme du métier de manière à satisfaire la relation (2).
Dans un deuxième exemple de réalisation comparable au premier, mais où le rayon R des trous circulaires et la distance Cd entre eux sont déterminés au préalable en fonction d'un taux de transparence fixé, la largeur L des cellules est alors calculée avant la réalisation des scribes d'isolation P1 de manière à satisfaire ia relation (2).
Dans les deux cas de réalisation précédents, une fois que le positionnement du scribe PI est fixé, le positionnement des scribes P2 et P3 se fait en fonction des dimensions R des trous circulaires et de la distance Cd entre les trous. Dans un troisième cas de réalisation, les scribes sont fixés au préalable pendant le dépôt des différentes couches qui constituent le module photovoltaïque, le scribe P2 étant situé à mi-distance entre les scribes P1 et P3. Pendant te processus d'ablation, leur position est détectée à t'aide d'une caméra. Dans une deuxième étape, une correction soit de la dimension des formes géométriques des zones de transparence, soit de la distance entre lesdites formes, se fait progressivement sur l'ensemble desdites formes ou alternativement sur les formes proches des scribes. Cette correction peut se faire à l'aide d'un programme qui pilote le laser afin de positionner les bandes de forte densité de transparence au niveau des lignée d'isolation P1 et P3, et les bandes de faible densité de transparence au niveau de la ligne P2.
Dans le cas où la correction des dimensions des formes géométriques a lieu sur les zones de transparence à proximité des scribes, il peut apparaître deux ou trois réseaux de zones de transparence au lieu d'un seul qui se répète sur l'ensemble des cellules.
La figure 7 illustre un autre exemple de positionnement optimisé des scribes P1, P2 et P3 dans un réseau de trous hexagonaux. P1 et P3 sont places dans les zones de transparence (IN), c'est-à-dire sensiblement au centre et parallèlement aux bandes parallèles de grande transparence (7,8) et P2 est placé dans une zone de non transparence (OUT) c'est-à-dire sensiblement au centre et parallèlement aux bandes parallèles de faible transparence (9).
AVANTAGES DE L'INVENTION
En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en permettant d'améliorer la qualité visuelle d'un module photovoltaïque (1) composé d'une multitude de cellules en couches minces raccordées par des lignes d'interconnexion et d'isolation électriques (P1.P2.P3), cette amélioration de la qualité visuelle est obtenue en rendant lesdites lignes d'interconnexion et d'isolation électrique moins visibles, voire non visibles, en plaçant lesdites lignes (P1.P2.P3) dans des zones de transparence ou de non transparence en rapport avec la similitude de leurs apparentes couleurs.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Module photovoltaïque semi-transparent (1) comprenant :
d'une part un empilement de couches minces (2,3,4) dont au moins une couche mince transparente qui a la fonction d'électrode avant (2), une couche mince photovoltaïque qui a la fonction d'absorbeur (3) et une couche mince métallique qui a la fonction d'électrode arrière (4) ; lesdites couches minces (2,3,4) étant déposées sur un substrat (5) transparent ; ledit module photovoltaïque (1) étant partitionné en une pluralité de cellules (N,N+1,...N+x) connectées entre elles électriquement au moyen de lignes d'interconnexion électrique (P2) faisant la jonction entre l'électrode arrière (4) de la cellule N et l'électrode avant (2) de la cellule N+1, et au moyen de lignes d'isolation électrique faisant l'isolation (P3) entre l'électrode arriére (4) de la cellule N et de la cellule N+1, et l'isolation (P1) entre l'électrode avant (2) de la cellule N et de la cellule N+1;
d'autre part une multitude de zones de transparence (6) aménagées au moins dans ladite électrode métallique arrière (4) et dans ladite couche mince photovoltaïque absorbeur (3) ; fesdites zones de transparence (6) ayant toutes la môme forme géométrique et étant positionnées les unes par rapport aux autres pour former un ou plusieurs réseaux laissant apparaître visuellement une multitude de zones en bandes rectilignes (7,8,9) dont les axes longitudinaux sont parallèles ; certaines desdites zones (6) étant disposées en bandes (7,8) ayant une forte densité de transparence et certaines desdites zones (6) étant disposées en bande (9) ayant une faible densité de transparence,
caractérisé en ce que lesdites lignes d'isolation électrique (P1 et P3) sont positionnées dans lesdites bandes rectilignes (7,8) de forte densité de transparence, et lesdites lignes d'interconnexion électrique (P2) sont positionnées dans lesdites bandes rectilignes (9) de faible densité de transparence, de manière à diminuer la visibilité à l'œil nu desdites lignes d'isolation et d'interconnexion électrique (P1, P2 et P3).
2 - Module photovoltaïque selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite forme géométrique des zones de transparence (6) constitutives dudit réseau ordonné sont choisies parmi les formes suivantes ou en combinaisons entre elles : des disques, des surfaces ovales, polygonales, hexagonales, carrées.
3 - Module photovoltaïque (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la largeur desdites trois lignes d'interconnexion et d'isolation électrique {P1.P2.P3) est inférieure à 100 micromètres.
4 - Module photovoltaïque (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance qui sépare deux lignes d'Interconnexion ou d'isolation électrique (P1 ,P2,P3) consécutives, est supérieure à 100 micromètres.
5 - Module photovoltaïque (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdltes formes géométriques desdites zones de transparence (6) ont leur plus grande dimension supérieure à 400 micromètres.
6 - Module photovoltaïque (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites zones de transparence (6) sont séparées par des zones opaques qui ont des dimensions inférieures à 100 micromètres. 7 - Module photovoltaïque (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la relation entre la largeur L de chaque cellule photovoltaïque et la distance d entre lesdites zones de transparence (6) est donnée par la relation L- k d ; k étant un nombre entier.
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