WO2023242515A1 - Correction d'angle de clivage de plaques de silicium pour cellules solaires - Google Patents
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Definitions
- the present application concerns the field of solar cells also called photovoltaic cells.
- a solar cell is usually formed on a plate, commonly called a “wafer”, of semiconductor material, typically silicon.
- a particular application concerns the implementation of a solar module structure according to an arrangement of the type called “shingle” presented for example in document US2017/0077343°Al.
- the sub-cells are superimposed so as to partially overlap with each other.
- Such an assembly method called “shingling” or “shingle” arrangement makes it possible to reduce resistive losses and obtain a power gain on the module.
- the sub-cells are typically obtained by cutting a wafer on which their constituent elements have been at least partially produced and preferably once their constituent elements have been fully manufactured.
- the first consists of generating a trench throughout the thickness of a silicon wafer using a laser in order to separate the sub-cells.
- a laser in order to separate the sub-cells.
- Such a technique is efficient and precise but has the major drawback of damaging the edges of the sub-cells near the cutting line.
- the laser energy tends to pulverize and melt the silicon locally.
- the subcell edges obtained with such a technique may further be difficult to passivate.
- This technique has the advantage of generating a clean cutting edge conducive to passivation.
- perfect orientation of the cleavage crack is difficult to obtain. In an ideal case this orientation is perfectly parallel with opposite side edges of a plate on which the cell is made.
- the present invention relates to a method for producing a photovoltaic device, comprising steps consisting of:
- A) provide a silicon plate equipped with one or more solar cell(s) or solar sub-cell(s) manufactured at least partially, said plate having a so-called “upper” face, a so-called “lower” face opposite the upper face, the upper and lower faces following a '(100)' crystal orientation, and lateral edges between said upper face and said lower face and following a '(110)' crystal orientation,
- the plate is provided with at least one first conductive line and at least one second conductive line, the first and second conductive lines extending on the upper face of the plate parallel to said first lateral edges, the plurality of grooves or the single groove being made between the first conductive line and said second conductive line.
- step B) and step C) at least one starter notch can be formed in the plate at one of the second side edges.
- A) provide a silicon plate provided with constituent elements of solar cell(s) or provided with solar sub-cell(s) at least partially produced, said plate having a face called "upper", a so-called “lower” face opposite the upper face, the upper and lower faces following a crystalline orientation '(100)', lateral edges between said upper face and said lower face and following a crystalline orientation '(110) ',
- step B) carry out a step of cleaving the plate so as to form a cleavage crack propagating between the furrows or along said at least one furrow and to separate the plate into one first portion and a second portion.
- the step of cleaving the plate is carried out by mechanical action on the plate, in particular with bending by application of at least one force.
- the method may comprise between step B) and step C): making at least one starter notch in said plate, said starter notch being formed at one of the second lateral edges.
- said at least a plurality of furrows or said at least one furrow is or are produced by abrasion of the upper face, in particular using one or more points.
- the groove(s) is(are) made by abrasion using one or more abrasive elements such as points, for example diamond.
- Abrasion using an abrasive element rather than a laser advantageously makes it possible not to alter the cutting edges and to make it easier to passivate these edges revealed during cleaving of the plate.
- At least a plurality of grooves or said at least one groove extend obliquely relative to the first lateral edges.
- the maximum distance L m ax between two successive furrows of said plurality of furrows or between on the one hand an end furrow of said plurality of furrows closest to a second given edge among said second lateral edges and on the other hand this second given edge is:
- Lmax Ds/Tan(ct*n/180) with Ds a tolerated cleavage crack deviation value chosen less than a distance separating two cells or two sub-cells formed on said plate, at a maximum misorientation angle tolerated predetermined cleavage crack less than 0.3° and preferably less than 0.1°.
- the grooves of said at least one plurality of grooves are arranged periodically according to a given distribution step.
- the groove(s) has or have a width Ds of between 10 and 300 microns, preferably between 20 to 100 microns.
- the groove(s) has or have a depth of between 1 and 20 microns, preferably between 1 and 10 microns.
- the method can further comprise after the step of cleaving the plate: the assembly and/or interconnection of the first portion with another portion of silicon or with said second portion, of so as to form a photovoltaic module or a daisy chain of interconnected sub-cells.
- Figures 1 A and IB serve to illustrate a structure formed of a silicon plate intended to be cleaved by propagation of a cleavage crack and on which furrows are made to help guide the propagation of this cleavage crack and prevent disorientation of the latter relative to a desired direction.
- Figure 2 serves to illustrate the production of a succession of grooves made on the silicon plate to help guide the cleavage crack.
- Figure 3 serves to illustrate an example of a method of cleaving a silicon plate on which grooves are made, the cleavage being carried out by bending the plate.
- Figure 4 is used to illustrate a division of a silicon wafer into distinct portions following a cleavage step.
- Figure 5 serves to illustrate an assembly of portions of silicon plate obtained by cleavage and then assembled in an arrangement of the type commonly called “shingle” or shingle.
- Figure 6 serves to illustrate the formation of at least one starter notch made on a plate (wafer) intended to accommodate at least one solar cell or solar sub-cell or at least one portion of a solar cell or sub-cell and designed to facilitate subsequent cutting of the plate into elementary portions.
- Figure 7 serves to illustrate a possible disorientation of a cleavage plane of a silicon plate relative to a desired direction and which the production of grooves on this plate makes it possible to avoid.
- Figure 8 is used to illustrate possible sizing of the paths.
- Figure 9 serves to illustrate a splitting of a plate on which “bus bar” type conductive lines have been formed.
- Figure 10 shows an alternative embodiment with a single groove for guiding a cleavage crack.
- Figure 11 serves as an alternative embodiment of the grooves oriented at an angle relative to the side edges of the plate.
- Figure 12 serves as an alternative embodiment of a groove for guiding a cleavage crack which extends from one edge of the plate.
- Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same numerical references so as to facilitate the transition from one figure to another.
- the upper 41a and lower 41b faces typically have a rectangular or pseudo-rectangular shape and preferably square or pseudo-square.
- pseudo-rectangular we mean here that instead of a right angle joining two consecutive lateral edges 41c, 41d and orthogonal, we can have a curved portion (figure IA), or a portion forming a bevel connecting these consecutive side edges 41c, 41d.
- Such a plate 40 can be obtained using a process as described in document FR 3103965.
- a photovoltaic subcell is a photovoltaic cell obtained from another larger photovoltaic cell or from a cell precursor larger photovoltaic.
- the plate 40 that we wish to split may already include one, several, or all of the constituent elements of photovoltaic cells or sub-cells.
- the solar cell(s) or sub-cell(s) produced can be for example of heterojunction type (H ET).
- At least one doping step in particular by diffusion for example of Boron on the lower and upper faces of the plate and/or but addition of layers of amorphous Si doped on the surface,
- the plate 40 is provided on at least its upper face 41a with conductive lines 107, 109 commonly called bars or "busbars".
- the conductive lines 107, 109 are preferably arranged parallel to the side edges 41c, 41e of the plate 40.
- Each conductive line 107, 109 makes it possible to conduct a photo-generated electric current following reception of photons on one or more sensitive areas of plate 40.
- These conductive lines 107, 109 are typically metallic, for example based on Ag and can be formed for example by a screen printing or printing technique on the upper face 41a. Although not shown in Figures IA, IB, sets of metal gate fingers connected together by a conductive line 107, 109 can also be produced. These sets of conductive fingers placed opposite a sensitive area participate in the collection of the photo-generated current.
- a plurality of grooves 115 are formed as shown schematically in the partial top view of Figure 2.
- the furrows 115 also called “indentations” or “trenches”, are made by abrasion of the plate surface 40.
- the grooves 115 are here distributed along the given axis A between the conductive line 107 of a first solar cell or solar sub-cell C1 and the other conductive line 109 of a second solar cell or sub-cell C2 and extends between the first and the second end without cutting the conductive lines 107, 109, preferably parallel to the conductive lines 107, 109.
- the grooves 115 are provided here to prevent this untimely propagation.
- the furrows 115 are provided to allow the trajectory of the cleavage crack Fc (shown schematically in Figure 2) to be deflected.
- the grooves 115 can be provided with a length Is (dimension measured parallel to the x axis of an orthogonal reference [O; x; y; z] given in particular in Figure 8) comprised for example between 500 microns and 2 mm, a width Ds of for example between 10 and 300 microns, preferably between 20 to 100 microns.
- the depth of the grooves 115 (dimension measured parallel to the z axis, in other words orthogonal to the plane of Figure 8) is preferably provided between one tenth of the total thickness of the plate 40 and one third of the thickness e t of the plate 40.
- the grooves 115 can have a depth of for example between 1 and 20 microns, typically between 1 and 10 microns.
- the depth of the grooves 115 is preferably at most of the order of 1/10th of the thickness of the cell.
- a minimum number of furrows 115 is preferably provided in the cleavage zone between cells or sub-cells C1, C2.
- a separation between portions 40a and 40b of the plate 40 is thus implemented ( Figure 4).
- These portions 40a, 40b are typically designed to each form a solar cell portion, in other words a sub-cell.
- a splitting into half-cells is carried out, but it is also possible to divide the plate 40 into a number of portions greater than two, for example into six distinct portions.
- the portions 40a, 40b obtained at the end of this cleavage can then be passivated at the level of the face or edge exposed by the cleavage and which is called cutting edge 44a, 44b.
- Such passivation is typically carried out by deposition of dielectric material such as for example Si N x or AIO x deposited for example by PECVD.
- At least one of the plate portions 40a, 40b obtained by cleavage can be directly assembled with another plate portion in order to constitute an assembly of solar sub-cells.
- the portions 40a, 40b resulting from the cleavage of the plate 40 are then electrically assembled according to a particular arrangement of the "shingle" type, in other words where a portion 40a of plate is in mechanical contact and electric and overlaps another portion 40b.
- the other portion 40b can advantageously be connected to the portion 40a via a conductive glue 152.
- starter notch 165 a slot near or at the level of an edge 41d or 41f of the plate 40
- This starter notch 165 can be provided for example with a length (dimension measured parallel to the x axis of the orthogonal reference mark [O;x;y;z] given in Figure 6) of for example between 0.2 mm and 2 mm , advantageously between 0.5 mm and 1 mm.
- the notch 165 is here preferably also made with an abrasive element such as a point, for example diamond rather than with a laser. This also makes it easier to possibly passivate an edge 41d of the plate 40 on which this notch 165 is formed.
- an abrasive element such as a point, for example diamond rather than with a laser. This also makes it easier to possibly passivate an edge 41d of the plate 40 on which this notch 165 is formed.
- a succession of grooves 115 is produced on the plate 40.
- a continuous groove 215 which extends from one edge 41d towards an opposite edge 41f of the plate 40 or as in Figure 12, over at least one length Lsmin measured from an edge 41d or 41f of the plate 40.
- the length of the single furrow is preferably provided for at least a distance between an edge of the cell and the last furrow furthest from this edge when forming a plurality of furrows according to the terms described above.
- the minimum length of a single groove Lsmin is thus preferably provided between at least 50% and 80% of a distance Lt between the opposite side edges of the plate.
- the length Lt for an M2 cell is of the order of 156.75mm.
- a succession of grooves 115 or a continuous groove 215 is produced on a so-called “upper” face of the plate 40, between at least two portions of plates. to separate.
- This face although named upper, does not necessarily correspond to the face commonly called the “front” face of a solar cell.
- the production of grooves on the rear face of a solar cell or a solar cell during manufacture can also be implemented.
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Abstract
Procédé pour la réalisation d'un dispositif photovoltaïque, comprenant des étapes consistant à : A) prévoir une plaque (40) de silicium dotée d'une ou plusieurs cellule(s) solaire (C1, C2) fabriquée(s) au moins partiellement, ladite plaque ayant une face (41a) dite « supérieure », une face (41b) dite « inférieure » opposée à la face supérieure, les faces supérieure et inférieure suivant une orientation cristalline '(100)', des bords latéraux (41c, 41e) entre ladite face supérieure et ladite face inférieure et suivant une orientation cristalline '(110)', B) réaliser sur ladite face supérieure (41a) de la plaque (40): une pluralité de sillons (115), lesdits sillons (115) étant répartis le long d'un axe donné (Δ) qui s'étend parallèlement à des premiers bords latéraux (41c, 41d) opposés de ladite plaque (40), et s'étendant principalement respectivement entre des deuxièmes bords latéraux (41f, 41d) opposés et orthogonaux auxdits premiers bords latéraux, ou d'un unique sillon (215), qui s'étend entre les deuxièmes bords latéraux (41f, 41d), l'unique sillon (215) joignant avantageusement les deuxièmes bords latéraux (41f, 41d).
Description
CORRECTION D'ANGLE DE CLIVAGE DE PLAQUES DE SILICIUM
POUR CELLULES SOLAIRES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande concerne le domaine des cellules solaires encore appelées cellules photovoltaïques.
Elle s'applique en particulier aux dispositifs à cellule(s) solaire(s) résultant de l'assemblage de portions de plaques de silicium cristallin et vise plus particulièrement un procédé amélioré pour permettre la division d'une plaque en silicium et pour réaliser une sous-cellule solaire ou un assemblage de sous-cellules solaires.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Une cellule solaire est habituellement formée sur une plaque, communément appelée « wafer », de matériau semi-conducteur, typiquement du silicium.
On peut, pour certaines applications, être amené à vouloir découper une telle plaque en plusieurs portions et réaliser des sous-cellules, par exemple des demi-cellules (« half-cell » selon la terminologie anglo-saxonne) lorsque la plaque est divisée en deux.
Une application particulière concerne la mise en œuvre d'une structure de module solaire selon un agencement de type appelé « shingle » présenté par exemple dans le document US2017/0077343°Al. Dans un tel agencement des sous- cellules sont superposées de sorte à se chevaucher partiellement entre elles. Une telle méthode d'assemblage appelée « shingling » ou d'agencement « en bardeau », permet de réduire les pertes résistives et d'obtenir un gain en puissance sur le module.
Les sous-cellules sont typiquement obtenues en effectuant une découpe d'une plaque (wafer) sur laquelle leurs éléments constitutifs ont été au moins
partiellement réalisés et de préférence une fois que leurs éléments constitutifs ont été entièrement fabriqués. On n'a ici pas besoin de modifier l'intégralité d'une ligne de fabrication de cellules mais seulement de réaliser une ou plusieurs étapes supplémentaires, ce qui présente un avantage important en termes de coût de fabrication.
Il existe plusieurs méthodes pour la séparation en sous cellules.
Une première consiste à générer une tranchée dans toute l'épaisseur d'une plaque de silicium à l'aide d'un laser afin de séparer les sous-cellules. Une telle technique est efficace et précise mais a pour inconvénient majeur de détériorer les bords des sous-cellules à proximité de la ligne de découpe. L'énergie du laser a en effet tendance à pulvériser et à faire fondre localement le silicium.
Un tel endommagement peut s'accompagner d'une éventuelle perte de rendement.
Les bords de sous-cellules obtenus avec une telle technique peuvent être en outre être difficiles à passiver.
Une seconde technique utilisant également un laser et une source froide eau-air consiste à générer un choc thermomécanique permettant d'engendrer une fissure de séparation. Cette seconde technique a pour avantage de laisser une surface de tranche plus nette, et occasionne moins de pertes en rendement que la précédente.
Une troisième technique est présentée dans le document W02021111063 issu de la demanderesse.
Elle consiste à utiliser une orientation différente des bords latéraux de la plaque et du plan de clivage préférentiel de la plaque de silicium. Ce plan de clivage afin est orienté parallèlement à des lignes conductrices communément appelées « bus bars » (i.e. barres de connexion).
Pour effectuer la séparation, on applique une contrainte mécanique pour propager une fissure de séparation permettant de scinder la cellule en deux.
Cette technique a pour avantage de générer un bord de découpe net et propice à la passivation.
Cependant, avec une telle technique, une orientation parfaite de la fissure de clivage est difficile à obtenir. Dans un cas idéal cette orientation est parfaitement parallèle avec des bords latéraux opposés d'une plaque sur laquelle la cellule est réalisée.
En réalité, une désorientation du plan de clivage survient de manière fréquente. Or, une désorientation trop importante, peut s'avérer préjudiciable, en particulier lorsqu'on souhaite séparer des cellules ou sous-cellules très rapprochées.
Il existe donc un besoin de trouver un nouveau procédé permettant de pallier cette difficulté.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Selon un mode de réalisation, la présente invention concerne un procédé pour la réalisation d'un dispositif photovoltaïque, comprenant des étapes consistant à :
A) prévoir une plaque de silicium dotée d'une ou plusieurs cellule(s) solaire(s) ou sous-cellule(s) solaire(s) fabriquée(s) au moins partiellement, ladite plaque ayant une face dite « supérieure », une face dite « inférieure » opposée à la face supérieure, les faces supérieure et inférieure suivant une orientation cristalline '(100)', et des bords latéraux entre ladite face supérieure et ladite face inférieure et suivant une orientation cristalline '(110)',
B) réaliser sur ladite face supérieure de la plaque :
- une pluralité de sillons distincts, lesdits sillons étant répartis sur ladite face supérieure de la plaque le long d'un axe donné A qui s'étend parallèlement à des premiers bords latéraux opposés de ladite plaque, ou
- d'un unique sillon, qui s'étend entre des deuxièmes bords latéraux orthogonaux aux premiers bords latéraux, l'unique sillon joignant avantageusement les deuxièmes bords latéraux.
De tels sillons permettent de guider une fissure de clivage lorsqu'on souhaite ultérieurement réaliser un clivage mécanique de la plaque. On peut ainsi
obtenir un plan de clivage avec une très faible désorientation par rapport à la direction souhaitée.
Avantageusement, la plaque est dotée d'au moins une première ligne conductrice et d'au moins une deuxième ligne conductrice, la première et deuxième ligne conductrice s'étendant sur la face supérieure de la plaque parallèlement auxdits premiers bords latéraux, la pluralité de sillons ou l'unique sillon étant réalisé(s) entre la première ligne conductrice et ladite deuxième ligne conductrice.
Typiquement, après l'étape B), une étape de clivage de la plaque par action mécanique sur la plaque est réalisée en lui appliquant au moins une force, en particulier pour mettre en flexion de la plaque. Lors de cette étape de clivage, une fissure de clivage se propage entre les sillons ou le long de l'unique sillon et la plaque est séparée en une première portion et une deuxième portion. Chaque portion est susceptible de former une sous-cellule solaire.
De manière avantageuse, entre l'étape B) et l'étape C) : au moins une entaille d'amorce peut être formée dans la plaque au niveau d'un des deuxièmes bords latéraux.
Après l'étape de clivage de la plaque : un assemblage de la première portion avec une autre portion de silicium ou avec ladite deuxième portion peut être mise en œuvre.
Selon un autre aspect, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé pour la mise en œuvre d'un dispositif photovoltaïque, en particulier d'au moins une sous-cellule solaire comprenant des étapes consistant à :
A) prévoir une plaque de silicium dotée d'éléments constitutifs de cellule(s) solaire(s) ou dotée de sous-cellule(s) solaire(s) au moins partiellement réa lisée(s), ladite plaque ayant une face dite « supérieure », une face dite « inférieure » opposée à la face supérieure, les faces supérieure et inférieure suivant une orientation cristalline '(100)', des bords latéraux entre ladite face supérieure et ladite face inférieure et suivant une orientation cristalline '(110)',
B) réaliser sur ladite face supérieure de la plaque:
- au moins une pluralité de sillons répartis le long d'un axe donné qui s'étend parallèlement à des premiers bords latéraux opposés de ladite plaque, lesdits sillons s'étendant principalement respectivement entre des deuxièmes bords latéraux opposés et orthogonaux auxdits premiers bords latéraux, ou
- au moins un sillon le long d'un axe donné qui s'étend entre les deuxièmes bords latéraux, ledit au moins un sillon ayant une longueur minimale Lsmin entre au moins 50% et 80% d'une distance Lt mesurée séparant les deuxièmes bords latéraux, puis, après l'étape B), effectuer une étape de clivage de la plaque de sorte à former une fissure de clivage se propageant entre les sillons ou le long dudit au moins un sillon et à effectuer une séparation de la plaque en une première portion et une deuxième portion.
Avantageusement, l'étape de clivage de la plaque est réalisée par action mécanique sur la plaque, en particulier avec mise en flexion par application d'au moins une force.
Le procédé peut comprendre entre l'étape B) et l'étape C) : la réalisation d'au moins une entaille d'amorce dans ladite plaque, ladite entaille d'amorce étant formée au niveau d'un des deuxièmes bords latéraux.
De manière avantageuse, ladite au moins une pluralité de sillons ou ledit au moins un sillon est ou sont réalisé(s) par abrasion de la face supérieure, en particulier à l'aide d'une ou plusieurs pointes.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le ou les sillons est ou sont réalisé(s) par abrasion à l'aide d'un ou plusieurs éléments abrasifs tels que des pointes, par exemple en diamant. Une abrasion à l'aide d'un élément abrasif plutôt qu'un laser permet avantageusement de ne pas altérer les bords de découpe et de rendre plus aisé la passivation de ces bords dévoilés lors du clivage de la plaque.
Avantageusement, au moins une pluralité de sillons ou ledit au moins un sillon s'étendent de biais par rapport aux premiers bords latéraux. Une telle configuration permet d'intercepter plus aisément la fissure de clivage.
Selon une possibilité de mise en œuvre, la distance maximale Lmax entre deux sillons successifs de ladite pluralité de sillons ou entre d'une part un sillon d'extrémité de ladite pluralité de sillons le plus proche d'un deuxième bord donné parmi lesdits deuxièmes bords latéraux et d'autre part ce deuxième bord donné est:
(1) Lmax = Ds/Tan(ct*n/180) avec Ds une valeur de déviation tolérée de fissure de clivage choisie inférieure à une distance séparant deux cellules ou deux sous-cellules formées sur ladite plaque, a un angle de désorientation maximal toléré de la fissure de clivage prédéterminé inférieur à 0.3° et de préférence inférieur à 0.1°.
Le nombre de sillons de ladite au moins une pluralité de sillons entre lesdits deuxièmes bords peut être supérieur à N, avec N = Lmax/Lt, Lt étant la distance séparant lesdits deuxièmes bords.
De manière avantageusement, les sillons de ladite au moins une pluralité de sillons sont agencés de manière périodique selon un pas de répartition donné.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le ou les sillons a ou ont une largeur Ds comprise entre 10 et 300 microns, de préférence entre 20 à 100 microns.
Selon une possibilité de mise en œuvre, la ou les sillons a ou ont une profondeur comprise entre 1 et 20 microns, de préférence entre 1 et 10 microns.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le procédé peut comprendre en outre après l'étape de clivage de la plaque: l'assemblage et/ou l'interconnexion de la première portion avec une autre portion de silicium ou avec ladite deuxième portion, de sorte à former un module photovoltaïque ou une guirlande de sous-cellules interconnectées.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :
Les figures 1 A et IB servent à illustrer une structure formée d'une plaque de silicium destinée à être clivée par propagation d'une fissure de clivage et sur
laquelle des sillons sont réalisés pour permettre de guider la propagation de cette fissure de clivage et empêcher une désorientation de cette dernière par rapport à une direction souhaitée.
La figure 2 sert à illustrer la réalisation d'une succession de sillons réalisés sur la plaque de silicium pour permettre de guider la fissure de clivage.
La figure 3 sert à illustrer un exemple de méthode de clivage d'une plaque de silicium sur laquelle des sillons sont réalisés, le clivage étant effectué par mise en flexion de la plaque.
La figure 4 sert à illustrer une division d'une plaque de silicium en portions distinctes à l'issue d'une étape de clivage.
La figure 5 sert à illustrer un assemblage de portions de plaque de silicium obtenues par clivage et assemblées ensuite selon un agencement de type communément appelé « shingle » ou en bardeau.
[La figure 6 sert à illustrer la formation d'au moins une entaille d'amorce réalisée sur une plaque (wafer) destinée à accueillir au moins une cellule solaire ou sous-cellule solaire ou au moins une portion de cellule ou sous-cellule solaire et prévue pour favoriser une découpe ultérieure de la plaque en portions élémentaires.
La figure 7 sert à illustrer une désorientation éventuelle d'un plan de clivage d'une plaque de silicium par rapport à une direction souhaitée et que la réalisation de sillons sur cette plaque permet d'éviter.
La figure 8 sert à illustrer un dimensionnement possible des sillons.
La figure 9 sert à illustrer un clivage d'une plaque sur laquelle des lignes conductrices de type « bus bar » ont été formées.
La figure 10 sert une variante de réalisation avec un unique sillon de guidage d'une fissure de clivage.
La figure 11 sert une variante de réalisation des sillons orientés de biais par rapport aux bords latéraux de la plaque.
La figure 12 sert une variante de réalisation un sillon de guidage d'une fissure de clivage qui s'étend depuis un bord de la plaque.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Une structure de départ possible pour la mise en œuvre d'un procédé suivant un mode de réalisation de la présente invention est donné sur les figures IA et IB. Cette structure est ici formée d'une plaque 40 de silicium avec des faces opposées 41a, 41b dites respectivement « supérieure » et « inférieure » d'orientation cristallographique '(100)', la plaque 40 comportant des bords latéraux 41c, 41d, 41e, 41f ayant une orientation cristallographique '(110)'.
Les faces supérieure 41a et inférieure 41b ont typiquement une forme rectangulaire ou pseudo rectangulaire et de préférence carrée ou pseudo carrée. Par « pseudo-rectangulaire », on entend ici qu'à la place d'un angle droit joignant deux bords latéraux consécutifs 41c, 41d et orthogonaux, on peut avoir une portion courbe (figure IA), ou une portion formant un biseau reliant ces bords latéraux 41c, 41d consécutifs.
Une telle plaque 40 peut être obtenue à l'aide d'un procédé tel que décrit dans le document FR 3103965.
La plaque 40 peut être ainsi réalisée à partir d'un lingot que l'on découpe de sorte à former une brique. Cette brique est munie de flancs latéraux ayant une orientation cristallographique '(110)' ou sensiblement égale à l'orientation cristallographique (110), et est alors ensuite elle-même découpée en plusieurs tranches, la plaque 40 étant formée à partir d'une de ces tranches.
On cherche à découper cette plaque 40 par clivage en plusieurs portions. Ces portions peuvent chacune former une sous-cellule photovoltaïque. Une sous-cellule photovoltaïque est une cellule photovoltaïque obtenue à partir d'une autre cellule photovoltaïque de plus grande taille ou d'un précurseur de cellule
photovoltaïque de plus grande taille. On peut par exemple avoir des sous-cellules correspondant à des demi-cellules photovoltaïques, des quarts de cellules photovoltaïques.
La plaque 40 que l'on souhaite scinder peut déjà comporter un, plusieurs, ou la totalité des éléments constitutifs de cellules ou sous-cellules photovoltaïques.
Ainsi, on souhaite effectuer le clivage tandis qu'une ou plusieurs étapes technologiques de réalisation de cellule solaire ou de partie de cellule solaire ont déjà été effectuées sur la plaque 40. La ou les cellules ou sous-cellules solaires réalisées peuvent être par exemple de type à hétérojonction (H ET).
Parmi ces autres étapes technologiques peuvent figurer une ou plusieurs voire toutes les étapes suivantes :
- au moins une étape de texturation de surface,
- au moins une étape de dopage en particulier par diffusion par exemple de Bore sur les faces inférieure et supérieur de la plaque et/ou mais ajout de couches de Si amorphe dopé en surface,
- au moins une étape de gravure en face arrière,
- au moins une étape d'ajout d'une couche barrière en face avant afin d'empêcher un ajout de dopants lors d'une autre étape de diffusion en face arrière,
- au moins une étape de dopage en face arrière en particulier par diffusion par exemple de Phosphore,
- de manière optionnelle au moins une gravure de couche(s) barrière de diffusion ainsi que de couches créées pendant la diffusion du phosphore,
- au moins une étape de formation d'au moins une couche de passivation,
- au moins une étape de formation d'une ou plusieurs couches antireflets.
Dans le cas de cellules ou sous-cellules HET, une couche barrière et une gravure de couche barrière ne sont pas nécessaires. Des dépôts de couches de Si amorphe/TCO (pour « Transparent conducting oxide » ou oxyde transparent
conducteur) sont typiquement réalisés sur une seule face par un procédé de type PECVD pour (« Plasma-enhanced chemical vapor deposition »).
Dans l'exemple de réalisation illustré, la plaque 40 est dotée sur au moins sa face supérieures 41a de lignes conductrices 107, 109 communément appelées barres ou « busbar ». Les lignes conductrices 107, 109 sont de préférence agencées parallèlement aux bords latéraux 41c, 41e de la plaque 40.
Chaque ligne conductrice 107, 109 permet de conduire un courant électrique photo-généré consécutivement à une réception de photons sur une ou plusieurs zones sensibles de plaque 40.
Ces lignes conductrices 107, 109 sont typiquement métalliques, par exemple à base d'Ag et peuvent être formées par exemple par une technique de sérigraphie ou d'impression sur la face supérieure 41a. Bien que non représentés sur les figures IA, IB des ensembles de doigts de grille métalliques reliés entre eux par une ligne conductrice 107, 109 peuvent être également réalisés. Ces ensembles de doigts conducteurs placés en regard d'une zone sensible participent à la collecte du courant photo-généré.
Pour faciliter le clivage de la plaque 40 en plusieurs portions, par exemple en au moins deux portions élémentaires distinctes, on forme une pluralité de sillons 115 comme représentés de manière schématique sur la vue partielle de dessus de la figure 2.
Les sillons 115 encore appelées « indentations » ou « tranchées », sont réalisés par abrasion de la surface de plaque 40.
Un dispositif ou un outil, muni d'un ou plusieurs éléments abrasifs, tels que des pointes, par exemple en diamant, peut être en particulier utilisé. L'abrasion est réalisée ici de préférence avec un outil abrasif plutôt qu'avec un laser, afin de ne pas détériorer le matériau de la plaque 40 et permettre ultérieurement de passiver cette dernière plus aisément.
Les sillons 115 sont répartis sur la face supérieure 41a entre une première extrémité 42A de plaque 40 située au niveau d'un bord latéral 41f et une deuxième extrémité 42B de la plaque 40 située au niveau d'un bord latéral 41d opposé
de la plaque 40, le long d'un axe A donné qui est parallèle à la face supérieure 41a et à des bords latéraux 41c, 41e opposés de la plaque 40, orthogonaux aux bords 41d, 41f.
Les sillons 115 sont ici répartis le long de l'axe donné A entre la ligne conductrice 107 d'une première cellule solaire ou sous-cellule solaire Cl et l'autre ligne conductrice 109 d'une deuxième cellule ou sous-cellule solaire C2 et s'étend entre la première et la deuxième extrémité sans couper les lignes conductrice 107, 109, de préférence parallèlement aux lignes conductrices 107, 109.
On souhaite ici réaliser le clivage de la plaque 40 par propagation d'une fissure de clivage et de préférence de sorte que cette fissure de clivage ne vienne pas, comme illustré sur la figure 7, rencontrer une cellule ou une sous-cellule et en particulier des lignes conductrices 107, 109 lorsque la fissure dévie de l'axe dans lequel elle est censée se propager.
Les sillons 115 sont ici prévus pour empêcher cette propagation intempestive. En cas de déviation de la fissure de clivage évoquée ci-dessus, les sillons 115 sont prévus pour permettre de dévier la trajectoire de la fissure de clivage Fc (matérialisée de manière schématique sur la figure 2).
Les sillons 115 peuvent être prévus avec une longueur Is (dimension mesurée parallèlement à l'axe x d'un repère orthogonal [O ; x ; y ; z] donné notamment sur la figure 8) comprise par exemple entre 500 microns et 2 mm, une largeur Ds comprise par exemple entre 10 et 300 microns, de préférence entre 20 à 100 microns.
La profondeur des sillons 115 (dimension mesurée parallèlement à l'axe z, autrement dit orthogonale au plan de la figure 8) est prévue de préférence entre un dixième de l'épaisseur totale et de la plaque 40 et un tiers de l'épaisseur et de la plaque 40. Les sillons 115 peuvent avoir une profondeur comprise par exemple entre 1 et 20 microns, typiquement entre 1 et 10 microns. La profondeur des sillons 115 est de préférence au maximum de l'ordre de l/10ème de l'épaisseur de la cellule.
Dans l'exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 2, les sillons 115 s'étendent parallèlement ou sensiblement parallèlement à la première ligne conductrice 107 et à ladite deuxième ligne conductrice 109. Les sillons 115 peuvent être décentrés par rapport à un axe médian (dans l'exemple correspondant à l'axe A) d'une
zone de séparation entre les cellules ou sous-cellules Cl, C2. Selon une variante illustrée sur la figure 11, les sillons 115 peuvent être avantageusement orientés de biais par rapport à l'axe A, de préférence entre 0 et 45° par rapport à cet axe afin de mieux intercepter la fissure de clivage. Un sillon de biais permet d'en limiter la largeur et de maximiser la probabilité de collision entre la fissure de clivage et le sillon.
Un nombre minimal de sillons 115 est de préférence prévu dans la zone de clivage entre cellules ou sous-cellules Cl, C2.
De même, on prévoit avantageusement une longueur maximale Lmax entre deux sillons 115 ou entre un sillon 115 et un bord latéral 41d, 41f afin de pouvoir réaliser correctement la fissure de clivage.
Cette longueur maximale Lmax peut être prévue de sorte que :
Lmax = Ds/Tan(ct*n/180), avec Ds une valeur de déviation autorisée correspondant sensiblement à la largeur du sillon 115 choisie inférieure à une distance Wi2 inter-cellules Cl, C2 ici inférieure à la distance entre la première ligne conductrice 107 et la deuxième ligne conductrice 109 et typiquement inférieure à la moitié de la distance entre ces lignes conductrices 107, 109, a un angle de désorientation maximal toléré de fissure de clivage par rapport à l'axe A prédéterminé choisi inférieur à 0.3°, de préférence inférieure à 0.1°. La valeur de déviation Ds est typiquement entre W12/6 et W12/2.
Le nombre de sillons entre les bords 41d, 41f est prévu de préférence supérieur à N, avec N = Lmax/Lt, Lt étant la distance entre les bords 41d, 41f.
Selon un exemple de réalisation particulier, si l'on prend par exemple un angle a de désorientation de l'ordre de 0.3°, une longueur totale de cellule Lt = 156,75 mm (correspondant à longueur d'une cellule solaire de format communément appelé « M2 », que l'on tolère une déviation de 0,2 mm pour une largeur de tranchée de 0,6 mm, on prévoit N = 5 sillons 115, avec un sillon agencé selon un pas Lmax d'ordre de 37 mm.
Un exemple de réalisation d'une étape ultérieure de clivage visant à diviser la plaque 40 en plusieurs portions distinctes et séparées est illustré de manière schématique sur la figure 3.
Dans cet exemple, la plaque 40 sur laquelle les sillons 115 sont réalisés est disposée sur un support 130 de clivage. Une région de la face inférieure 41b (ou supérieure 41a) de la plaque 40 se trouve ici en appui sur le support 130, tandis qu'une autre région de cette même face 41b (ou 41a) est suspendue, sans être en appui sur ce support 130 ou sur un autre support. Une force F de direction qui réalise un angle non nul avec la face supérieure 41a ou inférieure 41b de la plaque 40, et de préférence verticale (direction parallèle à l'axe z d'un repère orthogonal [O ; x ; y ; z]), est appliquée sur une partie de la plaque 40. La plaque 40 est ainsi mise en flexion et de l'application de cette force F, il résulte la propagation d'une fissure de clivage. La plaque 40 est dans cet exemple suspendue et n'est pas en appui sur le support 130 ou sur un autre support, mais d'autres techniques de mise en flexion peuvent être employées.
Une séparation entre des portions 40a et 40b de la plaque 40 est ainsi mise en œuvre (figure 4). Ces portions 40a, 40b sont typiquement prévues pour former chacune une portion de cellule solaire autrement dit une sous-cellule. Dans l'exemple de réalisation illustré, un clivage en demi-cellules est réalisé, mais on peut également prévoir de diviser par clivage la plaque 40 en un nombre de portion supérieur à deux, par exemple en six portions distinctes.
Sur la figure 9, des portions de plaque 40a, 40b séparées par cette technique de clivage comportent cette fois chacune au moins une ligne conductrice 107, 109, et un ensemble de doigts 117, 119 de grille métalliques reliés entre eux par une ligne conductrice 107, 109. Les doigts 117, 119 sont typiquement orientés orthogonalement aux lignes conductrices 117, 119.
D'autres manières de réaliser le clivage que celle représentée sur la figure 3 peuvent être employées, mais on privilégie ici une méthode purement mécanique en imposant une flexion à la plaque 40, ce afin de pouvoir passiver plus aisément les bords 44a, 44b de découpe.
Les portions 40a, 40b sont destinées ensuite à être assemblées et/ou interconnectées pour former un module photovoltaïque.
Dans le cas notamment, où les étapes technologiques de réalisation de cellule solaire décrites précédemment ont déjà été effectuées lorsque l'on réalise le
clivage, les portions 40a, 40b obtenues à l'issue de ce clivage peuvent être ensuite passivées au niveau de la face ou tranche mise à nue par le clivage et que l'on appelle bord 44a, 44b dé découpe. Une telle passivation est typiquement effectuée par dépôt de matériau diélectrique tel que par exemple du Si Nx ou de l'AIOx déposé par exemple par PECVD. Au moins une des portions 40a, 40b de plaque obtenue par clivage peut être directement assemblée avec une autre portion de plaque afin de constituer un assemblage de sous-cellules solaires.
Dans l'exemple de réalisation particulier de la figure 5, les portions 40a, 40b issues du clivage de la plaque 40 sont ensuite assemblées électriquement selon un agencement particulier de type « shingle », autrement dit où une portion 40a de plaque est en contact mécanique et électrique et chevauche une autre portion 40b. L'autre portion 40b peut être avantageusement reliée à la portion 40a par l'intermédiaire d'une colle conductrice 152.
Pour faciliter le clivage, on peut, de manière optionnelle, réaliser en plus des sillons 115, au moins une entaille 165 dite « d'amorce » autrement dit une fente à proximité ou au niveau d'un bord 41d ou 41f de la plaque 40. L'entaille forme ainsi un départ d'une zone de découpe ou de séparation sur la plaque destinée à être complétée ultérieurement. Cette entaille 165 d'amorce peut être prévue par exemple avec une longueur (dimension mesurée parallèlement à l'axe x du repère orthogonal [O ;x ;y ;z] donné sur la figure 6) comprise par exemple entre 0.2 mm et 2 mm, avantageusement entre 0.5 mm et 1 mm. L'entaille 165 d'amorce peut être réalisée avec une profondeur (dimension mesurée parallèlement à l'axe z) comprise par exemple entre 30 pm et 60 pm pour une plaque d'épaisseur e totale comprise entre 130 pm et 160 pm. L'entaille 165 d'amorce peut être formée avant ou après la réalisation des sillons 115.
L'entaille 165 est ici de préférence également réalisée avec un élément abrasif tel qu'une pointe, par exemple en diamant plutôt qu'avec un laser. Cela permet également de rendre plus aisée une passivation éventuelle d'un bord 41d de la plaque 40 sur laquelle cette entaille 165 est formée.
Dans l'un ou l'autre des exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, on réalise une succession de sillons 115 sur la plaque 40. Bien que l'on souhaite
de préférence minimiser l'endommagement de la plaque 40 et donc l'étendue de la zone gravée, il est en variante possible de prévoir un sillon 215 continu qui s'étend d'un bord 41d vers un bord opposé 41f de la plaque 40 ou comme sur la figure 12, sur au moins une longueur Lsmin mesurée à partir d'un bord 41d ou 41f de la plaque 40.
Dans le cas d'un sillon unique, la longueur du sillon unique est de préférence prévue d'au moins une distance comprise entre un bord de la cellule et le dernier sillon le plus éloigné de ce bord lorsqu'on forme une pluralité de sillons selon les modalités décrites précédemment.
La longueur minimale d'un sillon unique Lsmin est ainsi de préférence prévue entre au moins 50% et 80% d'une distance Lt entre les bords latéraux opposées de la plaque. Par exemple la longueur Lt pour une cellule M2, est de l'ordre de 156,75mm.
Dans l'un ou l'autre des exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, on réalise une succession de sillons 115 ou un sillon 215 continu sur une face dite « supérieure » de la plaque 40, entre au moins deux portions de plaques à séparer. Cette face bien que nommée supérieure ne correspond pas nécessairement à la face communément appelée face « avant » d'une cellule solaire. Ainsi, une réalisation de sillons en face arrière d'une cellule solaire ou d'une cellule solaire en cours de fabrication peut également être mise en œuvre.
Claims
1. Procédé pour la mise en œuvre d'un dispositif photovoltaïque, en particulier d'au moins une sous-cellule solaire comprenant des étapes consistant à :
A) prévoir une plaque (40) de silicium dotée d'éléments constitutifs de cellule(s) solaire(s) (Cl, C2) ou dotée de sous-cellule(s) solaire(s) au moins partiellement réalisée(s), ladite plaque ayant une face (41a) dite supérieure, une face (41b) dite inférieure opposée à la face supérieure, les faces supérieure et inférieure suivant une orientation cristalline '(100)', des bords latéraux (41c, 41e) entre ladite face supérieure et ladite face inférieure et suivant une orientation cristalline '(110)',
B) réaliser sur ladite face supérieure (41a) de la plaque (40):
- au moins une pluralité de sillons (115) répartis le long d'un axe donné (A) qui s'étend parallèlement à des premiers bords latéraux (41c, 41e) opposés de ladite plaque (40), lesdits sillons s'étendant principalement respectivement entre des deuxièmes bords latéraux (41f, 41d) opposés et orthogonaux auxdits premiers bords latéraux, puis, après l'étape B), effectuer une étape de clivage de la plaque de sorte à former une fissure de clivage se propageant entre les sillons (115) et à effectuer une séparation de la plaque (40) en une première portion (40a) et une deuxième portion (40b).
2. Procédé selon la revendication 1, ladite plaque (40) étant dotée d'au moins une première ligne conductrice (108) et d'au moins une deuxième ligne conductrice (109) s'étendant sur la face (41a) supérieure parallèlement auxdits bords latéraux (41c, 41d), les sillons (115) étant réalisés entre la première ligne conductrice (107) et ladite deuxième ligne conductrice (109).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'étape de clivage de la plaque est réalisée par action mécanique sur la plaque (40), en particulier avec mise en flexion par application d'au moins une force (F).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant entre l'étape B) et l'étape C) : la réalisation d'au moins une entaille d'amorce (45) dans ladite plaque (40), ladite entaille (45) d'amorce étant formée au niveau d'un des deuxièmes bords latéraux (41f, 41d).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les sillons (115) sont réalisé(s) par abrasion de la face supérieure (41a), en particulier à l'aide d'une ou plusieurs pointes.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les sillons (115) s'étendent de biais par rapport aux premiers bords latéraux (41c, 41d).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la distance maximale Lmax entre deux sillons successifs de ladite pluralité de sillons (115) ou entre d'une part un sillon d'extrémité de ladite pluralité de sillons (115) le plus proche d'un deuxième bord donné parmi lesdits deuxièmes bords latéraux (41f, 41d) et d'autre part ce deuxième bord donné est :
(1) Lmax = Ds/Tan(ct*n/180) avec Ds une valeur de déviation tolérée de fissure de clivage choisie inférieure à une distance séparant deux cellules ou deux sous-cellules formées sur ladite plaque, a un angle de désorientation maximal toléré de la fissure de clivage prédéterminé inférieur à 0.3° et de préférence inférieur à 0.1°.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le nombre de sillons (115) de ladite au moins une pluralité de sillons (115) entre lesdits deuxièmes bords (41f, 41d) est supérieur à N, avec N = Lmax/Lt, Lt étant la distance entre lesdits deuxièmes bords.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les sillons (115) sont agencés de manière périodique selon un pas de répartition donné.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, les sillons (115) ont une largeur (Ds) comprise entre 10 et 300 microns, de préférence entre 20 à 100 microns.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, les sillons ont une profondeur comprise entre 1 et 20 microns, de préférence entre 1 et 10 microns.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant en outre après l'étape de clivage de la plaque (40) : l'assemblage et/ou l'interconnexion de la première portion (40a) avec une autre portion de silicium ou avec ladite deuxième portion (40b), de sorte à former un module photovoltaïque ou une guirlande de sous- cellules interconnectées.
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