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WO2017021287A1 - Module photovoltaïque ayant des pertes résistives faibles - Google Patents

Module photovoltaïque ayant des pertes résistives faibles Download PDF

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WO2017021287A1
WO2017021287A1 PCT/EP2016/068103 EP2016068103W WO2017021287A1 WO 2017021287 A1 WO2017021287 A1 WO 2017021287A1 EP 2016068103 W EP2016068103 W EP 2016068103W WO 2017021287 A1 WO2017021287 A1 WO 2017021287A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cells
sub
cell
photovoltaic
elementary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/068103
Other languages
English (en)
Inventor
Armand Bettinelli
Paul Lefillastre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2017021287A1 publication Critical patent/WO2017021287A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/90—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers
    • H10F19/902—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells
    • H10F19/904—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells characterised by the shapes of the structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • FIGS. 1 and 2 Today there are two major techniques for interconnecting photovoltaic cells in a chain: ribbon interconnects and wire-shaped interconnects. These two techniques are represented by FIGS. 1 and 2 respectively.
  • the interconnections between the cells 10 consist of ribbons 11 made of copper covered with a fusible alloy, typically an alloy of tin and lead or an alloy of tin and silver.
  • These ribbons 1 1 of rectangular section are welded on conductive tracks called "busbars" and formed at the same time as the collection fingers 12 by screen printing.
  • the busbars electrically connect the collecting fingers 12 and are oriented perpendicular to the collecting fingers 12.
  • the “SmartWire” technology developed by Meyer Burger and described in the article “Smart Wire Connection Technology", T. Soderstrom et al., Proceedings of the 28th European Solar Photovoltaics Energy Conference, pp.495-499, 2013] consists in depositing a sheet of 18 to 36 wires of 200 ⁇ or 300 ⁇ of diameter directly on the collecting fingers. In other words, photovoltaic cells are devoid of busbars.
  • the yarns are held by a polyethylene terephthalate (PET) support film, which is adhered to each side of the cells.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the wires have a copper core and an outer coating formed of an indium-based alloy.
  • This alloy has a melting temperature of less than 150 ° C., which makes it possible to make the electrical connection between the collection wires and the fingers, not during the step of interconnecting the cells (by localized heating towards 200 ° C. ), but during the lamination step of the photovoltaic modules (which is done at a lower temperature, generally around 150-160 ° C).
  • the wire-shaped interconnections reduce the length of the collecting fingers with respect to the three busbar configuration (FIG. of threads is more important than the number of ribbons.
  • This increase in the number of interconnections does not necessarily have an impact on the shading of the photovoltaic cell because of the smaller size of the wires. By cons, it can significantly reduce the amount of money used to print the collection fingers.
  • the collecting fingers being shorter, one can either reduce the width of the fingers or use a less rich in silver paste (and therefore less conductive) for equivalent series resistance.
  • the electrical son have effective shading on the photovoltaic cell equal to only 70% of their diameter, against 100% of the width of the ribbons.
  • the shading rate on cells interconnected by wires is lower than that on cells interconnected by ribbons.
  • the collection fingers are the cause of resistive losses that deteriorate the form factor (FF for "Fill Factor” in English) of the photovoltaic cell, and therefore its performance.
  • the form factor FF represents the "deviation" of the actual l-V characteristic of the cell from an ideal rectangular characteristic. His expression is as follows:
  • Figure 3 illustrates a more effective way of reducing resistive losses in interconnects by serially connecting half-cells 30, i.e., halves of photovoltaic cells, rather than whole cells. Indeed, by dividing by two the surface of the elementary cells that make up the chains of the module, the electric current of the module is also divided by two. The resistive losses in the interconnections are then reduced by a factor of four. The number of elementary cells in the module is usually doubled, in order to double the voltage across the module and keep the same module size.
  • a module comprising 60 standard size photovoltaic cells (for example 156 mm x 156 mm)
  • Half-cell-based modules usually have a better form factor than whole-cell modules, and therefore P op t superior electric (with constant cell surface).
  • the document FR2939966 describes a high voltage photovoltaic module comprising two chains (or rows) of photovoltaic cells arranged in parallel on a support, the photovoltaic cells of each chain being connected in series.
  • Each photovoltaic cell of rectangular shape, comprises collection fingers oriented in a direction perpendicular to the long sides of the cell.
  • the dimension of the cell in this direction i.e. the dimension of the long side
  • the dimension of the cell in the other direction is smaller (small side of the cell), between 10 mm and 60 mm.
  • the photovoltaic cells are connected in pairs parallel to the short sides.
  • a photovoltaic module comprising a plurality of elementary photovoltaic cells connected in series in the form of chains arranged in parallel, in which the elementary photovoltaic cells comprising collecting fingers oriented perpendicular to a first direction.
  • the elementary photovoltaic cells have a first dimension in the first direction less than or equal to 156 mm and a second dimension in a second direction perpendicular to the first direction strictly less than the first dimension.
  • the elementary photovoltaic cells of each chain are electrically interconnected in pairs by means of a plurality of electrical wires extending in the first direction. The electrical wires are secured to a plurality of support sheets arranged on the elementary photovoltaic cells and have a diameter less than or equal to 180 ⁇
  • the ratio of the first dimension on the second dimension of the elementary photovoltaic cells is between 1.48 and 2.55
  • the first dimension of the elementary photovoltaic cells is substantially equal to 78 mm and in which the second dimension of the elementary photovoltaic cells is between 30.6 mm and 52.5 mm;
  • the electrical wires are regularly spaced apart by a distance of between 4 mm and 12 mm;
  • the electrical wires have in each photovoltaic elementary cell a cross section divided by the second dimension less than 0.0025 mm 2 / mm, preferably less than 0.0021 mm 2 / mm;
  • the elementary photovoltaic cells of each chain are regularly spaced in the first direction by a distance less than or equal to 1.3 mm;
  • the elementary photovoltaic cell strings are regularly spaced in the second direction by a distance of less than or equal to 1.0 mm;
  • the module has an open circuit voltage greater than 220 V, preferably greater than 300 V, and the elementary photovoltaic cells are homojunction cells based on silicon;
  • the module has an open circuit voltage greater than 250 V, preferably greater than 340 V, and the elementary photovoltaic cells are cells with heterojunction based on silicon;
  • the elementary photovoltaic cells of the module have the same area.
  • FIG. 3 represents a chain of elementary cells of a photovoltaic module according to the prior art, in which the elementary cells consist of half-cells;
  • FIGS. 4A to 4E show manufacturing steps of a photovoltaic module comprising a multitude of sub-cells, according to a preferred embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5C represents an implementation variant of the interconnection step of the sub-cells represented in FIG. 4C;
  • FIG. 6 represents a photovoltaic module obtained at the end of a variant of the manufacturing method according to the invention, the sub-cells of this module not being oriented in the same way;
  • FIG. 7 schematically shows a second embodiment of the manufacturing method according to the invention.
  • a "sub-cell chain” is a succession of photovoltaic sub-cells mechanically connected and intended to be electrically connected in series.
  • the sub-cells denote pieces of cell cut in full-size photovoltaic cells.
  • FIG. 4A illustrates a first step F1 of the manufacturing process in which full-size photovoltaic cells 10 are cut to form sub-cells 40.
  • the photovoltaic cells 10 are provided at least on the front face F with a network of fingers of FIG. Collection 12.
  • the collection fingers 12 are, in a conventional manner, distributed over the entire surface of the cells 10. They are all oriented perpendicular to a first direction 41.
  • Photovoltaic cells 10 have previously been manufactured from semiconductor substrates, for example silicon. They preferably have a square shape or, as shown in FIG. 4A, a pseudo-square shape. In the pseudo-square format, the four corners of the cells 10 are truncated or rounded.
  • the photovoltaic cells 10 are of standard dimensions, for example 156 mm ⁇ 156 mm.
  • the photovoltaic cells 10 are first cut into two parts 30 of the same area, called "half-cells", in a second direction 42 parallel to the collection fingers 12. This gives two halves cells having a length L equal to 156 mm and a width I equal to 78 mm. The width of the half-cells 30 and the sub-cells 40 is measured in the first direction 41 and their length is measured in the second direction 42.
  • Each half-cell 30 is then cut in the first direction 41 into several sub-cells 40. This cutting is advantageously carried out so that all the sub-cells 40 have the same area. Thus, the sub-cells will produce substantially the same electrical current and a chain formed of these sub-cells will not see its current limited by a smaller sub-cell.
  • the sub-cells 40 corresponding to the sides of the half-cell 30 have a length L sc slightly larger than that of the sub-cells taken within the half-cell. cell, to compensate for their truncated corner.
  • the sub-cells 40 all have the same length L sc .
  • each sub-cell 40 represents a quarter of the area of an entire photovoltaic cell 10 when the half-cells 30 have been cut in half (at the bottom right of FIG. 4A), one-sixth of the area of a cell 10 when the half-cells 30 were cut in three (right in the middle of Figure 4A), and one-eighth of the area of a cell 10 when the half-cells 30 were cut in four (right at the top of Figure 4A).
  • the sub-cells 40 may be cut in different ways, for example by sawing, forming a groove with a laser and then cleaving the cell, or by a laser technique called TLS (for "Thermal Laser Separation" in English) which relies on a thermal separation initiated by a laser.
  • TLS a laser technique
  • the TLS technique is particularly advantageous because the laser used does not cause the silicon to melt.
  • the cutting of a photovoltaic cell 10 can be performed in a single operation with this technique. Thus, it is not mandatory to first cut the photovoltaic cell 10 into half-cells 30 to obtain the sub-cells 40.
  • the beam advantageously gravely the opposite side to the emitter of the photovoltaic cell 10 to be cut, so as to avoid the risk of short circuit. Cleavage can be achieved in the alignment of zones weakened by the laser, for example by pressing these areas with an elastomeric material, when the photovoltaic cell is placed on a non-planar support.
  • a device with moving parts which, by holding each of the future sub-cells under depression, makes it possible to exert bending stresses on the rupture axes of the cell by a controlled movement of the moving parts.
  • the stringer may comprise a sub-cell photovoltaic cell cutting station in accordance with step F1.
  • the sub-cells 40 obtained at the end of step F1 are advantageously sorted, for example by photoluminescence (to detect cracked sub-cells) and / or according to their IV characteristics, in order to remove the sub-cells. likely to limit the performance of the photovoltaic module.
  • the sub-cells 40 having a truncated angle may also be separated from those which are devoid of it, in order to produce two types of module.
  • step F2 shown in Fig. 4B the sub-cells 40 are aligned in the second direction 42 to form 400 sub-cell groups.
  • the sub-cells 40 of each group 400 are separated from each other by a small distance, for example by 1 mm, in order to be electrically isolated.
  • the number of sub-cells within each group 400 varies according to their length L sc .
  • the width of the groups 400 of sub-cells is equal to the width I of the half-cells (78 mm), itself equal to the width of the sub-cells 40 (see Fig.4A).
  • a half-cell 30 is reconstituted by juxtaposing as many sub-cells 40 as it has been cut out of it in the half-cell 30.
  • each 400 group therefore contains three sub-cells 40.
  • the distribution of the sub-cells 40 in groups 400 can be carried out by a robot provided with a gripping arm associated with a vibrating device with notches and, optionally, an optical detection device enabling it to display the sub-cells before to seize it.
  • the gripping arm captures the sub-cells from the cutting station and places them in the notches of the vibrating device placed in an inclined position.
  • the vibrations coupled to the slope slide the sub-cells along the notches whose width decreases to a dimension just greater than that of the sub-cells, these notches being separated from the desired spacing for the sub-cells.
  • this robot is part of the stringer, and more particularly of the loading station responsible for distributing the sub-cell groups.
  • additional manipulation of the sub-cell groups is necessary in order to be brought to the stringer loading station.
  • the disposition of the sub-cells in the group may be modified and the risk of sub-cell disruption is higher.
  • the sub-cells of a group 400 are taken within of the same half-cell 30. In other words, just after being cut, the sub-cells are grouped together.
  • the cutting system makes it possible to directly position the sub-cells 40 in the form of groups 400, in the case of the device with moving parts described above or TLS equipment for example, the cutting system is advantageously connected to the loading the stringer so as to maintain the position of the sub-cells.
  • the stringer manipulates, with the aid of a robot or transfer unit, the groups of sub-cells, as it would with half-cells, to simultaneously form several chains. of sub-cells. Thanks to the fact that the sub-cell groups have almost the same dimensions as the half-cells, the manipulation of groups rather than half-cells poses no difficulty. It requires only a few minor modifications to the transfer robot of a stringer adapted to the size of the half-cells.
  • the configuration of the suction nozzles of the half-cells is modified to simultaneously enter the sub-cells of each group.
  • One or more suction nozzles can be provided per sub-cell. Due to the small size of the sub-cells, the suction nozzles are arranged so that each nozzle sucks a sub-cell 40 towards its center.
  • the optical detection device of the stringer can also be adapted to locate the groups 400 of sub-cells.
  • the groups 400 of sub-cells are thus transferred by the robot from the loading station to an assembly station, to be interconnected.
  • the sub-cell chains 410 are constituted by connecting two by two of the sub-cells 40 from different groups 400. The connections are made in the first direction 41. Thus, the sub-cells 40 of each group belong to different chains 410.
  • FIG. 4C shows only two consecutive groups of sub-cells. These groups bear the references 400A and 400B.
  • the sub-cell chains 410 will in this example be limited to two sub-cells.
  • Interconnections 420A are first arranged on the first 400A sub-cell group.
  • the interconnects 420A extend in the first direction 41 and have a length equal to about twice the width of the sub-cells 40. Thus, only part of the interconnects 420A is in contact with the front face of the sub-cells 40 belonging to the first group 400A.
  • the second group 400B of sub-cells is arranged in the extension of the first group 400A on the unoccupied portion of interconnections 420A. These are then in contact with the rear face of the sub-cells 40 belonging to the second group 400B.
  • Interconnections 420B shorter than the interconnections 420A, for example reduced by half, are in this example disposed on the front panel of the 400B group.
  • step F3 the sub-cell groups are progressively aligned in the first direction 41, manipulating them one by one. Between two successive manipulations, interconnections are arranged on the last group of sub-cells of the chain. These interconnections extend in the first direction 41 and are distributed homogeneously on the surface of the groups, which makes it possible to simultaneously form several chains of electrically independent sub-cells 410.
  • the interconnections can be of different natures according to the interconnection technique used.
  • a first technique consists in using electrically conducting strips of rectangular section, for example made of copper. This technique is now perfectly controlled for entire photovoltaic cells and half cells and uses equipment that is widespread and affordable.
  • the ribbons are distributed above and below the sub-cell groups so that each face of the sub-cells is in contact with at least one ribbon.
  • the number of electrical ribbons used to connect two consecutive groups of sub-cells is advantageously 3 or 4. For example, with a stringer with 4 ribbons, it will be possible to obtain two chains 410 consisting of cell quads (78 mm ⁇ 78 mm).
  • electrically conductive wire interconnection techniques may be employed.
  • the groups of sub-cells are in particular compatible with the "Multi-Busbar” technology developed by the company “Schmid” and the “SmartWire” technology developed by the company “Meyer Burger”.
  • Circular wire leads are more advantageous interconnects than ribbons because they reduce the amount of money needed to print the collecting fingers (because of their greater number) and cause lower shading, with a cross section of conductor identical. Less expensive and more efficient modules can therefore be obtained through this type of interconnections.
  • the electrical wires are in the "Multi-Busbar” technology deposited on discontinuous busbars formed on the front face of the sub-cells 40 and possibly on the rear face (in the case of bifacial photovoltaic cells).
  • the sub-cells 40 are connected two by two by a plurality of electrical wires which extend in the first direction 41.
  • the electrical wires are soldered on the localized buses of the sub-cells during the production of the chains (localized heating towards 200 ° C to fuse the alloy coating the wires). The wires then become integral with the sub-cells.
  • the interconnections 420A-420C are electrical wires secured to a support, in the manner of a sheet, and come into direct contact with the collection fingers, in accordance with FIG. SwartWire technology.
  • the sub-cells 40 may in this case be devoid of busbars, which represents an additional saving on the cost of the photovoltaic module (and therefore an advantage over the "Multi-Busbar” technology).
  • the support of the electrical wires is preferably a flexible film of polymer material, for example polyethylene terephthalate (PET).
  • the support of the electrical wires 420A connecting the two adjacent groups 400A-400B is preferably distributed in the form of two successive sheets 430A having dimensions close to those of the half-cells.
  • the first support sheet 430A is pressed against the front face of the group 400A and the second support sheet (not visible in FIG. 4C) is pressed against the rear face of the group 400B.
  • the wires 420A extend on the surface of the first sheet 430A disposed facing the front face of the group 400A, then on the surface of the second sheet disposed facing the rear face of the group 400B.
  • the support sheets are thus arranged on the side of the wires allowing electrical contact of the wires with the fingers of the sub-cells.
  • the electrical wires 420 are released from their support, which enables them to move from the front face of the group 400A to the rear face of the group 400B.
  • the space between the sub-cell groups 400A-400B is for example 2.5 mm, which is the usual space between cells for conventional channels with ribbon interconnects. With wires, this space can to be advantageously reduced.
  • the electrical wires 420B and 420C forming the ends of the chains 410 are held only by a single support sheet 430B, respectively plated on the front face of the group 400B and on the rear face of the group 400A.
  • the carrier sheets are preferably adhered to each side of the sub-cell groups by slightly heating the polymeric material (e.g., at about 100 ° C).
  • the electrical contact between the wires 420A-420C and the collecting fingers is not yet established.
  • the electrical contact is preferably effected during a subsequent step of lamination of the photovoltaic modules, thanks to the fact that the electric wires are coated with a layer of an alloy having a melting temperature slightly below 150 ° C., for example an indium-based alloy.
  • the "SmartWire” interconnection technique is also the most advantageous from the point of view of the reliability of the photovoltaic modules.
  • the electrical contact between the electrical wires and the sub-cells is achieved by the stringer, before the series of sub-cell chains are put in series. Consequently, significant mechanical stresses are exerted on these electrical contacts during the manipulation of the sub-cell chains. Some of the contacts may break, which is why discontinuous busbars are needed on the cell.
  • the presence of the polymer support improves the mechanical strength of sub-cell chains.
  • the stringer comprises a module for distributing electrical wires, for example in the form of a drum around which the electrical wires and their support are wound. This module interconnects the assembly station as the sub-cell groups arrive at this station.
  • the assembly station is configured to mechanically link the support of the electrical wires to the sub-cell groups. It comprises in particular a heating press device for heating the support of the son and stick it to the sub-cells.
  • a heating press device for heating the support of the son and stick it to the sub-cells.
  • the different sub-cell chains 410 are disconnected from each other, cutting off the support sheets 430A-430B at the space which separate the sub-cells of a group.
  • the chains 410 can then be manipulated individually. This cutting of the support can be achieved by means of knives, preferably in the shape of a rotating disc, belonging to the stringer.
  • the stringer can also be equipped with a laser to cut the support of the wires.
  • the wires 420A are advantageously separated in the second direction 42 by a distance of less than 20 mm, preferably between 4 mm and 12 mm.
  • reducing the distance between wires makes it possible to raise the resistance stresses of collection fingers. It is therefore advantageous to use a distance of between 4 mm and 12 mm, the smallest distances being associated with the finest son to limit shading.
  • the sub-cells 40 of the channels 410 are all oriented in the same way and all of the same type, for example derived from n-type doped standard emitter silicon photovoltaic cells. .
  • the emitter ie the doped thin layer of a type of doping opposite to that of the substrate
  • the transmitter is located on the back of the cell.
  • the type of a cell / sub-cell can refer to the location of the transmitter in the cell / sub-cell.
  • Two types of cells / sub-cells will also be distinguished according to the type of doping of the substrate (n or p). Indeed, a standard emitter cell formed from an n-type substrate can be considered of the opposite type to another standard emitter cell formed from a p-type substrate.
  • An identical orientation means that all the sub-cells 40 have their front face F oriented on the same side, for example upwards (ie toward the sun).
  • step F4 of FIG. 4D a 180 ° rotation of a chain 410 of sub-cells 40 is carried out every two chains, without, however, changing its orientation.
  • the middle chain is rotated 180 °.
  • the ends 420C of the central chain 410 are then found on the opposite side, with opposite side 420B interconnections of opposite polarity.
  • This rotation operation can be performed by a second robot or transfer unit which seizes one by one the sub-cell chains at the output of the assembly station, in order to lay them side by side on a glass protection plate constituting the front of the photovoltaic module.
  • the protective plate consisting of the glass front of the module is covered with a sheet of encapsulation material, before disposing the sub-cell chains.
  • step F5 of FIG. 4E the different chains 410 of sub-cells are connected in series, for example by placing at each end of the chains, a conductive strip 440A which extends in the second direction 42 on the interconnections 420B-420C of two adjacent chains 410.
  • Conducting ribbons 440B and 440C may also be respectively connected to the interconnections 420B of the last chain 410 of the series (on the right in FIG. 4E) and to the interconnections 420C of the first channel 410 of the series (on the left in FIG. 4E ).
  • the conductors 440B and 440C advantageously constitute the terminals of the photovoltaic module.
  • the second transfer robot may be configured to simultaneously seize several sub-cell chains 410, possibly pass them under a channel lengthening device, place some on the glass protection plate, rotate at 180.degree. remaining subcell strings, ie those that have not been released by the transfer robot, and then lay the remaining subcell strings next to the strings already positioned on the skid plate.
  • the transfer robot grasps the four chains, puts the first and the third on the protection plate, turns the second and the fourth 180 ° Then place them next to the first and third chains, respecting the initial order of the sub-cell chains.
  • This second robot comprises at least one group of suction nozzles configured to individually capture each of the sub-cell chains, rather than a chain of half-cells or a chain of whole cells.
  • the robot advantageously comprises several groups of suction nozzles.
  • the suction nozzles of each group are simultaneously controlled and arranged to suck and hold each sub-cell of the input chain.
  • the different groups can be controlled independently of each other in order to capture and release only part of the sub-cell chains.
  • the second transfer robot can be a module coupled to the stringer assembly station, and therefore be part of the same system, or constitute a separate equipment located between the stringer and the layup station in the production line of photovoltaic modules.
  • the layup station designates the location where the sub-cell chains 41 0 are transferred and where the photovoltaic module is assembled. After arranging them on the front plate of the module, the sub-cell chains 410 are connected in series (step F5), then covered with a second sheet of encapsulating material and a second protection plate constituting the back of the module.
  • FIG. 5C represents an implementation variant of the sub-cell interconnection step F3 (a so-called “stringing” step), as part of the “SmartWire” technology.
  • the carrier sheets were cut beforehand, i.e. before step F3, in the first direction 41 into several pieces 430 '.
  • the pieces 430 ' are generally of the dimensions of a sub-cell 40. They are connected in pairs by interconnections 420A: a piece from the first sheet with a piece from the second sheet.
  • the stringer is no longer powered by pairs of sheets in "half-cell" format, but by a plurality of strips or garlands each comprising two support pieces 430 'and part of the interconnections 420A.
  • step F3 the pieces 430 'are then pressed against the faces of the sub-cells, preferably in the same sequence as the support sheets 430A (Fig.4C).
  • a support piece 430 ' is pressed against the front face of the sub-cell 40A and the other piece (not visible in FIG. 5C) is pressed against the rear face of the sub-cell 40B (when the group 400B is placed on the interconnections 420A).
  • step F3 makes it possible to directly obtain chains of sub-cells that are independent of each other, but makes the equipment for preparing the layers of wires more complex.
  • Steps F4 and F5 (called “Layup") allowing the series connection of the sub-cell chains 410 can then be implemented in the same manner as described above, in connection with FIGS. 4D and 4E.
  • One way of avoiding the rotation of the sub-cell chains in step F4 of FIG. 4C and the step of cutting the support sheets (before or after step F3) consists in using sub-cells of the type or of opposite orientation between two adjacent sub-cell chains 410.
  • Figure 6 shows schematically one of these variants of implementation of the manufacturing process.
  • the sub-cells 40 of the chains 410 are all of the same type but their orientation differs.
  • step F2 for forming the groups 400 the sub-cells are arranged so that one sub-cell out of two of the groups 400 is oriented in the opposite direction.
  • the sub-cell at the center of the groups 400 can be arranged rearward face B facing upwards, while the two sub-cells at the edges have their faces. before F turned up.
  • This first variant of the manufacturing method valid only in the case of bifacial cells, show performances (in terms of electrical power of the photovoltaic module) lower than those of the previous case, where all the sub-cells are of the same type and the same orientation. Indeed, it is rare to draw exactly the same electrical current from a bifacial cell whatever the orientation of this cell. The current is lower when the rear face is exposed to incident solar radiation. This current difference can be avoided by modifying the dimensions of the sub-cells according to whether they are used on the front face or the back face, but the resulting current will be lower.
  • the decrease of the current of the chains of cells, caused by the cells whose face rear B is turned upwards, can be limited by using only photovoltaic cells having a high bifaciality rate, greater than 95%.
  • the bifaciality rate refers to the ratio between the electric current generated by the cell when its front face is exposed to incident solar radiation and the current generated by the same cell when the rear face is exposed to the same radiation.
  • the same advantages can be obtained by alternating the types of sub-cells of a chain 410 to another, but by orienting them in the same way.
  • the sub-cells of a chain 410 may be standard emitters and the sub-cells of the adjacent channel (s) 410 are an inverted transmitter. The transmitter is then sometimes on the front face, sometimes on the back of the sub-cells. All sub-cells may otherwise have their emitter on the same side, but be formed on substrates of opposite doping types. The important thing is to have two families of sub-cells having front faces F of different polarities.
  • This second variant of the manufacturing method according to the invention has the additional advantage of being able to function with bifacial cells as well as with monofacial cells. On the other hand, it requires, unlike the previous proposals, to manage two distinct productions of photovoltaic cells. Since these cells do not necessarily have the same performance, the electric current generated by the electrical module may be lower than in the case of sub-cells of the same type (and the same orientation). Both variants of the manufacturing method described above can be implemented whatever the nature of the interconnections, ribbon or electrical wire.
  • FIG. 7 illustrates a second mode of implementation of the method according to the invention not involving half-cell cutting.
  • the full-size photovoltaic cells are here cut in the first direction 41 only, that is to say perpendicularly to the collecting fingers 12, thus obtaining sub-cells 70 in the form of a strip, for example three strips of 52 mm x 156 mm.
  • Groups 700 of sub-cells 70 are constituted in step F2 in the same manner as described above, with the difference that the 700 groups have dimensions similar to those of whole cells (for example 158 mm ⁇ 156 mm).
  • a whole cell stringer will be used with the same modification at the suction nozzles and the vision software. This is particularly advantageous since whole cell stringers are significantly more prevalent and less expensive than half cell stringers and have a better production rate. Conversely, the voltage gains will be more limited, as well as the reduction of resistive losses in the interconnections.
  • step F3 of interconnections of the sub-cells 70 into chains 710 can be implemented as indicated above. Only the length of the interconnections 425 is adapted to the larger width of the sub-cells 70.
  • the open circuit voltage of the module is multiplied by a factor equal to the number of sub-cells cut in a full-size cell.
  • the electric current of the module is decreased in the same proportions. For example, by dividing the 60 full-size photovoltaic cells of a conventional module into 6 (ie 3 sub-cells per half-cell), the module according to the invention can reach an open circuit voltage greater than 220 V in the case of homojunction cells, and greater than 250 V in the case of heterojunction cells.
  • the open-circuit voltage is greater than 300 V in the case of homojunction cells, and greater than 340 V in the case of homojunction cells. case of cells with heterojunction.
  • the elementary cells, or sub-cells, of the photovoltaic module according to the invention advantageously have a width I (in the direction 41) less than or equal to the standard dimension of the photovoltaic cells (eg 156 mm), and a length L sc ( in the direction 42) strictly less than their width. This is because the sub-cells were obtained by cutting full size photovoltaic cells perpendicular to the collection fingers.
  • the photovoltaic module then has fewer spacings between the sub-cells of the same chain as in a module where the sub-cells would have been cut parallel to the collection fingers.
  • the electrical power of the module per unit area is thus increased.
  • the fact that the module according to the invention comprises on the other hand more chains, and therefore more spacings between these chains, is not a problem because these spacings are smaller than those between the sub-cells of a chain (approximately 1 mm, in comparison with 2.5 mm between the sub-cells).
  • the width I of the sub-cells 40 is equal to the width of one half-cell, ie 78 mm, and the length L sc of the sub-cells 40 varies according to the number of sub-cells cut from each cell 10.
  • the length L sc of the sub-cells is preferably between 30.6 mm and 52.5 mm, which corresponds to 3-5 sub-cells per group 400, taking into account some cells in the group may be longer in length than others.
  • the upper limit "52.5 mm” is the maximum length of sub-cells in the format 1/6 in the case of pseudo-square cells (52 mm for square cells) and the lower limit "30.6 mm Is the minimum length of 1/10 sub-cells in the case of pseudo-square cells (31, 2 for square cells).
  • Obtaining a photovoltaic module of high voltage and low current has many advantages.
  • a lower electric current equates to resistive losses in the lower module interconnections compared to conventional modules, and therefore to a better FF form factor.
  • the resistive losses in the conductors of the photovoltaic installation for example between two consecutive modules of a chain of modules, are also reduced.
  • the fact of having a higher voltage at the output of the module makes it possible to equip each photovoltaic module with a microinverter, since the latter no longer needs to raise the voltage of the module at the voltage level. network. Previously, this solution was not feasible with conventional modules because of the high cost of microinverters.
  • a photovoltaic module having its own inverter is particularly interesting because it is thus less sensitive to disturbances that may be experienced by the module, for example partial shading.
  • each photovoltaic cell or half-cell can be divided into a larger number of sub-cells, for example 6, in order to further reduce the electrical current of the module, and therefore the resistive losses.
  • the larger the number the greater the rate of charge carrier recombination in the sub-cell group, compared to a cell or half-cell of equivalent size.
  • a group of sub-cells has many edges where the recombination of charge carriers is concentrated. The best compromise between the reduction of the module electrical current and the recombination losses of the charge carriers is achieved for sub-cells having a width to length ratio of between 1.48 and 2.55.
  • a width-to-length ratio of 1.48 corresponds to the cutting of three sub-cells 40 per half-cell 30 (FIG.
  • FIG. 4A or three sub-cells 70 per full-size photovoltaic cell 10 (FIG. A width-to-length ratio of 2.55 corresponds to cutting five sub-cells 40 per half-cell 30 or five sub-cells 70 per full-size photovoltaic cell.
  • the manufacturing method according to the invention also makes it possible to obtain photovoltaic modules whose performance and reliability are increased compared with full-cell or half-cell photovoltaic modules of the prior art. These improvements are obtained by resizing the interconnections 420A-420C used in step F3 of stringing (Figs.4C, 5C and 7). Indeed, since the electric current is lower, the section of the interconnections can be decreased without to trim excessively the gains in terms of resistive losses (obtained by the decrease of the electric current).
  • the conducting wires used in step F3 as part of the "SmartWire” and “Multi-Busbar” technology advantageously have a diameter less than or equal to 200 ⁇ , and preferably less than or equal to 180 ⁇ .
  • the conductive strips advantageously have a width less than or equal to 1 mm, for example 0.8 mm, and a thickness less than or equal to 180 ⁇ .
  • photovoltaic modules of the prior art they usually have a width of 1.5 mm (configuration with 3 busbars) or a width of 1.2 mm (configuration with 4 busbars), and a thickness greater than or equal to 200 ⁇ . .
  • the cross-section (ie in the total direction 42) of the interconnections is equal to 0.9 mm 2 (ie 5.77 ⁇ 10 -3 mm 2 / mm, distributing the section over the entire length of the cells)
  • the total cross-section of the interconnections is equal to 0.36 mm 2 (2.31 .10 "3 mm 2 / mm, by dividing the section on the cumulative length of the sub-cells).
  • the cross section is reduced by about 60%.
  • SmartWire technology is usually implemented on entire photovoltaic cells (156 mm x 156 mm) with 18 wires of 300 ⁇ diameter in order to obtain the best performances.
  • the total cross-section of these interconnections is then equal to 1.27 mm 2 (8.14 ⁇ 10 -3 mm 2 / mm)
  • sixths of the cell 52 mm ⁇ 78 mm
  • the total conductor cross section is then approximately 0.31 mm 2 (ie 2.0 ⁇ 10 -3 mm 2 / mm). which represents a reduction of about 75%.
  • cell sixths (52 mm x 78 mm) can be connected (two by two) by four 200 ⁇ diameter wires, instead of 180 ⁇ .
  • the total cross-section of the conductor is then about 0.37 mm 2 (ie 2.4 ⁇ 10 -3 mm 2 / mm).
  • the electrical wires advantageously have in each sub-cell a cross section reported on the length L sc of the sub-cell less than 0.0025 mm 2 / mm, and preferably less than 0.0021 mm 2 / mm.
  • the reduction of the interconnections section leads to a reduction in the thermal expansion stresses in the interconnections and, consequently, to a better reliability of the photovoltaic modules.
  • Interconnections are also more flexible, bringing the different groups of sub-cells closer together for more compact modules.
  • the space between two groups of consecutive sub-cells may be less than 1.3 mm using wires of diameter 150 ⁇ or less.
  • the sub-cells of each chain are regularly spaced in the direction 41 by a distance of less than or equal to 1.3 mm, for example 1 mm.
  • the sub-cell chains are advantageously spaced two by two by a distance of less than or equal to 1.0 mm.
  • Reducing the interconnections section also makes it possible, in the case of lead wires, to reduce the manufacturing cost of the module. Indeed, it reduces the amount of the alloy that covers the copper cores son and allows their welding on busbars or collecting fingers. This is particularly true for "SmartWire" technology where the coating of the wires is based indium, a material whose price is very high. For example, passing 300 ⁇ diameter son to 150 ⁇ diameter son, the amount of indium is divided by two (the thickness of the alloy layer is constant, only its perimeter decreases).
  • the reduction of the interconnections section also leads to an increase in the electrical power of the photovoltaic modules, because the shading caused by the interconnections is less.
  • the sub-cells produce more current for the same amount of sunlight.
  • These current gains are even more significant with lead wires because, due to their cylindrical shape, effective shading only corresponds to 70% of the diameter of wires. For example, for a wire of 150 ⁇ in diameter, the actual shading is only 105 ⁇ of width.
  • the manufacturing method according to the invention when the manufacturing method according to the invention is combined with the "SmartWire" interconnection technology, photovoltaic modules of high reliability (no constraints when handling the chains, few thermal expansion constraints) and high performance (resistive losses, shading) can be obtained at low cost (lower amounts of silver and indium).
  • the manufacturing method according to the invention is not limited to the embodiments described with reference to FIGS. 4 to 7 and other variants will be apparent to those skilled in the art.
  • the manufacturing method is applicable to all types of photovoltaic cells, homojunction or heterojunction, based on silicon (monocrystalline, multicrystalline, amorphous).

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Abstract

L'invention concerne un module photovoltaïque comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques élémentaires (40) connectées en série sous la forme de chaînes (410) agencées en parallèle. Les cellules photovoltaïques élémentaires comprennent des doigts de collecte orientés perpendiculairement à une première direction (41). Elles présentent une première dimension dans la première direction inférieure ou égale à 156 mm, et une deuxième dimension dans une deuxième direction (42) perpendiculaire à la première direction strictement inférieure à la première dimension. Les cellules photovoltaïques élémentaires (40) de chaque chaîne (410) sont interconnectées électriquement deux par deux au moyen d'une pluralité de fils électriques s'étendant dans la première direction. Les fils électriques sont solidaires d'une pluralité de feuilles de support disposées sur les cellules photovoltaïques élémentaires et ont un diamètre inférieur ou égal à 180 μm.

Description

MODULE PHOTOVOLTAÏQUE AYANT DES PERTES
RÉSISTIVES FAIBLES
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un module photovoltaïque comprenant une multitude de cellules photovoltaïques élémentaires connectées en série, les cellules photovoltaïques élémentaires étant de plus petite taille afin de diminuer le courant électrique généré par le module et d'élever la tension à ses bornes.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Un module photovoltaïque comprend une multitude de cellules photovoltaïques identiques connectées en série et/ou en parallèle afin de fournir en sortie la tension et/ou le courant requis pour alimenter des dispositifs électriques. Le format de module le plus courant emploie 60 cellules carrées (ou « pseudo-carrées »), de 156 mm de côté, réparties en six « chaînes » (« strings » en anglais) de dix cellules connectées en série. Les six chaînes de cellules photovoltaïques sont également connectées en série. La tension de circuit ouvert aux bornes du module est alors égale à 60 fois la tension de seuil d'une cellule photovoltaïque. Par exemple, avec des cellules photovoltaïques à homojonction en silicium présentant une tension de seuil de l'ordre de 0,65 V, la tension de circuit ouvert aux bornes du module atteint 39 V environ.
Compte tenu que toutes les cellules photovoltaïques de ce module sont connectées en série, le courant électrique du module correspond approximativement au courant fourni par chaque cellule photovoltaïque (en pratique, les cellules photovoltaïques n'ont pas exactement les mêmes performances et le courant électrique est limité par la cellule la moins performante du module). Avec les dernières technologies de cellules photovoltaïques, notamment la technologie PERT (pour « Passivated Emitter and Rear Totally diffused » en anglais), le courant d'une cellule monofaciale de 156 x 156 mm2 en superficie atteint des valeurs élevées, de l'ordre de 9 A pour une irradiance solaire de 1000 W/m2. Ces valeurs de courant sont augmentées d'environ 20 % lorsqu'on utilise une cellule bifaciale, du fait du rayonnement solaire diffus capté en face arrière de la cellule. Les porteurs de charge photogénérés, qui contribuent au courant électrique de la cellule photovoltaïque, sont collectés grâce à un réseau d'électrodes déposé sur la face avant de la cellule. Ces électrodes, appelées également doigts de collecte, sont étroites (<100 μιτι). Elles sont généralement formées par sérigraphie d'une pâte contenant de l'argent. La face arrière de la cellule est soit recouverte d'un autre réseau d'électrodes (cas des cellules bifaciales), soit d'une couche métallique pleine, par exemple en aluminium (cas des cellules monofaciales). Le courant électrique circule ensuite d'une cellule à l'autre de la chaîne par des interconnexions.
On distingue aujourd'hui deux techniques majeures pour interconnecter les cellules photovoltaïques d'une chaîne : les interconnexions en forme de ruban et les interconnexions en forme de fil électrique. Ces deux techniques sont représentées par les figures 1 et 2 respectivement.
Sur la figure 1 , les interconnexions entre les cellules 10 sont constituées de rubans 1 1 en cuivre recouverts d'un alliage fusible, typiquement un alliage d'étain et de plomb ou un alliage d'étain et d'argent. Ces rubans 1 1 de section rectangulaire sont soudés sur des pistes conductrices appelées « busbars » et formées en même temps que les doigts de collecte 12 par sérigraphie. Les busbars relient électriquement les doigts de collecte 12 et sont orientés perpendiculairement aux doigts de collecte 12.
Une cellule de 156 mm x 156 mm compte généralement trois rubans de 1 ,5 mm de large ou quatre rubans de 1 ,2 mm de large, ces rubans ayant une épaisseur de l'ordre de 0,2 mm. Chaque ruban 1 1 connecte la face avant d'une cellule 10 à la face arrière de la cellule suivante dans la chaîne (non représentée sur la figure 1 ). La mise en série des cellules photovoltaïques 10 au moyen des rubans 1 1 s'effectue de façon entièrement automatisée, dans un équipement appelé « stringer ». Plusieurs équipementiers proposent dorénavant de remplacer les rubans de cuivre par des fils électriques de plus faible section. Par exemple, la technologie « Multi- Busbar » développée par la société « Schmid » et décrite dans l'article [« Multi- busbar solar cells and modules: high efficiencies and low silver consumption », S. Braun et al., Energy Procedia, vol. 38, pp. 334-339, 2013] multiplie le nombre de busbars déposés sur la cellule, passant de trois à quinze busbars, et soude à chaque busbar un fil de 200 μηι de diamètre. Cette technologie est schématisée sur la figure 2. Les fils 20 sont constitués de cuivre et recouverts d'une fine couche d'un alliage à base d'étain-plomb ou d'étain-argent dont le point de fusion est situé au- dessus de 170 °C. Les busbars ont une forme discontinue. Ils se composent de plots de métallisation 21 , d'environ 500 μηι x 700 μηπ, alignés sur les doigts de collecte 12. Les plots de métallisation 21 et les doigts de collecte 12 sont généralement réalisés par sérigraphie d'une pâte d'argent. La soudure des fils 20 sur les plots 21 a lieu immédiatement après avoir posé les fils sur les plots, dans le même équipement, en chauffant ces éléments à une température de l'ordre de 200 °C. Ainsi, l'alliage recouvrant les fils de cuivre est fondu.
La technologie « SmartWire » développée par la société « Meyer Burger » et décrite dans l'article [« Smart Wire Connection Technology », T. Sôderstrôm et al., Proceedings of the 28th European Photovoltaics Solar Energy Conférence, pp.495- 499, 2013] consiste à déposer une nappe de 18 à 36 fils de 200 μηι ou 300 μηι de diamètre directement sur les doigts de collecte. Autrement dit, les cellules photovoltaïques sont dépourvues de busbars. Les fils sont tenus par un film support en polytéréphtalate d'éthylène (PET), qui est collé sur chaque face des cellules. Les fils ont une âme en cuivre et un revêtement extérieur formé d'un alliage à base d'indium. Cet alliage possède une température de fusion inférieure à 150 °C, ce qui permet de réaliser la connexion électrique entre les fils et les doigts de collecte, non pas lors de l'étape d'interconnexion des cellules (par chauffage localisé vers 200 °C), mais lors de l'étape de lamination des modules photovoltaïques (qui se fait à plus basse température, généralement vers 150-160 °C).
Les interconnexions en forme de fil électrique permettent de réduire la longueur des doigts de collecte par rapport à la configuration à trois busbars (Fig.1 ), car le nombre de fils est plus important que le nombre de rubans. Cette augmentation du nombre d'interconnexions n'a pas nécessairement d'impact sur l'ombrage de la cellule photovoltaïque en raison de la plus petite taille des fils. Par contre, elle permet de réduire considérablement la quantité d'argent utilisée pour imprimer les doigts de collecte. En effet, les doigts de collecte étant moins long, on peut soit réduire la largeur des doigts soit utiliser une pâte moins riche en argent (et donc moins conductrice) pour une résistance série équivalente. En outre, grâce à leur section circulaire, les fils électriques ont un ombrage effectif sur la cellule photovoltaïque égal à 70 % seulement de leur diamètre, contre 100 % de la largeur des rubans. Ainsi, pour un ensemble d'interconnexions ayant une même section transversale, le taux d'ombrage sur des cellules interconnectées par fils est plus faible que celui sur des cellules interconnectées par rubans.
Les doigts de collecte sont à l'origine de pertes résistives qui détériorent le facteur de forme (FF, pour « Fill Factor » en anglais) de la cellule photovoltaïque, et donc son rendement. Pour rappel, le facteur de forme FF représente « l'écart » de la caractéristique l-V réelle de la cellule par rapport à une caractéristique idéale rectangulaire. Son expression est la suivante :
P
FF = pt où Popt est la puissance fournie par la cellule au point de fonctionnement optimal de la caractéristique l-V réelle, Icc est le courant de court-circuit et VCo est la tension de circuit ouvert. Le rendement η de la cellule est lié au facteur de forme FF par la relation suivante :
VC0. ICC. FF
η =
i
où P, est la puissance du rayonnement solaire incident. À ces pertes résistives au niveau de la cellule, il faut ajouter les pertes résistives au niveau du module, i.e. dans les interconnexions. Les pertes résistives dans les interconnexions sont proportionnelles au carré du courant électrique I généré par le module et à la résistance série Rs des interconnexions, qui dépend notamment de la section de cuivre utilisée. Une solution pour diminuer ces pertes résistives consisterait donc à augmenter la section des rubans ou fils de cuivre pour diminuer leur résistance série Rs. Toutefois, cette solution est rarement mise en œuvre en raison de deux inconvénients majeurs. Augmenter la section de cuivre (notamment via son épaisseur) entraînerait une augmentation des contraintes mécaniques dans les interconnexions (dues à la différence des coefficients de dilatation thermique entre le cuivre et le silicium), ce qui nuirait à la fiabilité des modules. L'augmentation de la section de cuivre via sa largeur aurait un impact négatif sur le taux d'ombrage des cellules photovoltaïques.
La figure 3 illustre une façon plus efficace de diminuer les pertes résistives dans les interconnexions, en connectant en série des demi-cellules 30, c'est-à-dire des moitiés de cellules photovoltaïques, plutôt que des cellules entières. En effet, en divisant par deux la surface des cellules élémentaires qui composent les chaînes du module, le courant électrique du module est également divisé par deux. Les pertes résistives dans les interconnexions sont alors réduites d'un facteur quatre. Le nombre de cellules élémentaires dans le module est généralement multiplié par deux, afin de doubler la tension aux bornes du module et conserver la même taille de module.
Les demi-cellules 30 sont produites en coupant des cellules photovoltaïques entières 10 parallèlement aux doigts de collecte 12 (cf. Fig.1 ), par exemple au moyen d'un laser. Puis, les demi-cellules 30 sont connectées en série de la même façon que des cellules entières. Des équipements de type stringer adaptés au format des demi- cellules sont aujourd'hui commercialisés pour former des chaînes de demi-cellules, comme celle représentée sur la figure 3. Ces équipements fonctionnent avec des rubans de cuivre 1 1 selon les configurations usuelles à 3 ou 4 busbars.
Ainsi, plutôt qu'un module comprenant 60 cellules photovoltaïques de taille standard (par exemple 156 mm x 156 mm), on peut fabriquer un module comprenant 120 demi-cellules (de 156 mm x 78 mm) toutes connectées en série. Les modules à base de demi-cellules ont généralement un meilleur facteur de forme que les modules à base de cellules entières, et par conséquent, une puissance électrique Popt supérieure (à surface de cellules constante).
En contrepartie de ces meilleures performances, la cadence des lignes de fabrication de modules photovoltaïques est réduite de moitié, car le stringer doit manipuler un nombre deux fois plus élevé de cellules élémentaires.
On voit alors que les équipements actuels constituent un frein à l'obtention de modules photovoltaïques ayant des valeurs de courant encore plus faible, et donc des pertes résistives très limitées. En effet, si la cadence de production est divisée par deux en utilisant des demi-cellules, elle est divisée par quatre en connectant en série des quarts de cellule découpés parallèlement aux doigts de collecte. Le coût de production de ces modules augmente alors significativement.
Par ailleurs, le document FR2939966 décrit un module photovoltaïque de haute tension comprenant deux chaînes (ou rangées) de cellules photovoltaïques disposées en parallèle sur un support, les cellules photovoltaïques de chaque chaîne étant connectées en série. Chaque cellule photovoltaïque, de forme rectangulaire, comprend des doigts de collecte orientés dans une direction perpendiculaire aux grands côtés de la cellule. La dimension de la cellule dans cette direction (i.e. la dimension du grand côté) est comprise entre 100 mm et 500 mm. La dimension de la cellule dans l'autre direction est plus faible (petit côté de la cellule), comprise entre 10 mm et 60 mm. Les cellules photovoltaïques sont connectées deux par deux parallèlement aux petits côtés. RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Il existe un besoin de prévoir un module photovoltaïque de courant électrique faible, dont la configuration des cellules photovoltaïques élémentaires rend plus simple et plus économe la fabrication du module.
Selon l'invention, on tend à satisfaire ce besoin en prévoyant un module photovoltaïque comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques élémentaires connectées en série sous la forme de chaînes agencées en parallèle, dans lequel les cellules photovoltaïques élémentaires comprenant des doigts de collecte orientés perpendiculairement à une première direction. Les cellules photovoltaïques élémentaires présentent une première dimension dans la première direction inférieure ou égale à 156 mm et une deuxième dimension dans une deuxième direction perpendiculaire à la première direction strictement inférieure à la première dimension. En outre, les cellules photovoltaïques élémentaires de chaque chaîne sont interconnectées électriquement deux par deux au moyen d'une pluralité de fils électriques s'étendant dans la première direction. Les fils électriques sont solidaires d'une pluralité de feuilles de support disposées sur les cellules photovoltaïques élémentaires et ont un diamètre inférieur ou égal à 180 μηι
Le module selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le rapport de la première dimension sur la deuxième dimension des cellules photovoltaïques élémentaires est compris entre 1 ,48 et 2,55
- la première dimension des cellules photovoltaïques élémentaires est sensiblement égale à 78 mm et dans lequel la deuxième dimension des cellules photovoltaïques élémentaires est comprise entre 30,6 mm et 52,5 mm ;
- les fils électriques sont régulièrement espacés d'une distance comprise entre 4 mm et 12 mm ;
- les fils électriques ont dans chaque cellule élémentaire photovoltaïque une section transversale divisée par la deuxième dimension inférieure à 0,0025 mm2/mm, de préférence inférieure à 0,0021 mm2/mm ;
- les cellules photovoltaïques élémentaires de chaque chaîne sont régulièrement espacées dans la première direction d'une distance inférieure ou égale à 1 ,3 mm ;
- les chaînes de cellules photovoltaïques élémentaires sont régulièrement espacées dans la deuxième direction d'une distance inférieure ou égale à 1 ,0 mm ;
- le module présente une tension de circuit ouvert supérieure à 220 V, de préférence supérieure à 300 V, et les cellules photovoltaïques élémentaires sont des cellules à homojonction à base de silicium ;
- le module présente une tension de circuit ouvert supérieure à 250 V, de préférence supérieure à 340 V, et les cellules photovoltaïques élémentaires sont des cellules à hétérojonction à base de silicium ; et
- les cellules photovoltaïques élémentaires du module ont une même superficie.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- les figures 1 et 2 représentent schématiquement deux techniques d'interconnexion de cellules photovoltaïques selon l'art antérieur ;
- la figure 3 représente une chaîne de cellules élémentaires d'un module photovoltaïque selon l'art antérieur, où les cellules élémentaires sont constituées de demi-cellules ;
- les figures 4A à 4E représentent des étapes de fabrication d'un module photovoltaïque comprenant une multitude de sous-cellules, d'après un mode de mise en œuvre préférentiel du procédé selon l'invention ;
- la figure 5C représente une variante de mise en œuvre de l'étape d'interconnexion des sous-cellules représentée à la figure 4C ;
- la figure 6 représente un module photovoltaïque obtenu à l'issue d'une variante du procédé de fabrication selon l'invention, les sous-cellules de ce module n'étant pas orientées de la même façon ; et
- la figure 7 représente schématiquement un deuxième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l'invention.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION Dans la description qui suit, on appelle « chaîne de sous-cellules » une succession de sous-cellules photovoltaïques reliés mécaniquement et destinées à être connectées électriquement en série. Les sous-cellules désignent des morceaux de cellule découpés dans des cellules photovoltaïques de pleine taille.
Un premier mode de mise en œuvre préférentiel du procédé de fabrication de module photovoltaïque selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 4A à 4E. La face F des cellules et sous-cellules photovoltaïques représentées sur ces figures est la face avant, c'est-dire la face destinée à être exposée au rayonnement solaire incident. Dans le cas particulier de cellules bifaciales, comme les deux faces peuvent capter le rayonnement solaire, la face avant est celle permettant d'obtenir le maximum de courant électrique lorsqu'elle est tournée vers le rayonnement incident. La figure 4A illustre une première étape F1 du procédé de fabrication dans laquelle des cellules photovoltaïques 10 de pleine taille sont découpées pour former des sous-cellules 40. Les cellules photovoltaïques 10 sont munies au moins en face avant F d'un réseau de doigts de collecte 12. Les doigts de collecte 12 sont, de façon classique, répartis sur toute la surface des cellules 10. Ils sont tous orientés perpendiculairement à une première direction 41 .
Les cellules photovoltaïques 10 ont au préalable été fabriquées à partir de substrats semi-conducteurs, par exemple en silicium. Elles ont de préférence une forme carrée ou, comme représentée sur la figure 4A, une forme pseudo-carrée. Dans le format pseudo-carré, les quatre coins des cellules 10 sont tronqués ou arrondis. Les cellules photovoltaïques 10 sont de dimensions standards, par exemple 156 mm x 156 mm.
Dans ce mode de mise en œuvre préférentiel, les cellules photovoltaïques 10 sont d'abord découpées en deux parties 30 de même superficie, appelées « demi- cellules », selon une deuxième direction 42 parallèle aux doigts de collecte 12. On obtient ainsi deux moitiés de cellules ayant une longueur L égale à 156 mm et une largeur I égale à 78 mm. La largeur des demi-cellules 30 et des sous-cellules 40 est mesurée dans la première direction 41 et leur longueur est mesurée dans la deuxième direction 42.
Chaque demi-cellule 30 est ensuite découpée selon la première direction 41 en plusieurs sous-cellules 40. Ce découpage est avantageusement réalisé de sorte que toutes les sous-cellules 40 aient la même superficie. Ainsi, les sous-cellules produiront sensiblement le même courant électrique et une chaîne formée de ces sous-cellules ne verra pas son courant limité par une sous-cellule plus petite. Lorsque la cellule photovoltaïque 10 initiale est au format pseudo-carré, les sous- cellules 40 correspondant aux côtés de la demi-cellule 30 ont une longueur Lsc légèrement plus grande que celle des sous-cellules prélevées à l'intérieur de la demi- cellule, afin de compenser leur coin tronqué. Lorsque la cellule photovoltaïque 10 initiale est au format carré, les sous-cellules 40 ont toutes la même longueur Lsc.
À titre d'exemple, chaque sous-cellule 40 représente un quart de la superficie d'une cellule photovoltaïque entière 10 lorsque les demi-cellules 30 ont été découpées en deux (à droite en bas de la figure 4A), un sixième de la superficie d'une cellule 10 lorsque les demi-cellules 30 ont été découpées en trois (à droite au milieu de la figure 4A), et un huitième de la superficie d'une cellule 10 lorsque les demi- cellules 30 ont été découpées en quatre (à droite en haut de la figure 4A).
Le découpage des sous-cellules 40 peut être réalisé de différentes manières, par exemple par sciage, en formant un sillon avec un laser puis en clivant la cellule, ou par une technique laser appelée TLS (pour « Thermal Laser Séparation » en anglais) qui repose sur une séparation thermique initiée par un laser. La technique TLS est particulièrement avantageuse, car le laser utilisé ne provoque pas la fusion du silicium. En outre, le découpage d'une cellule photovoltaïque 10 peut être réalisé en une seule opération grâce à cette technique. Ainsi, il n'est pas obligatoire de découper d'abord la cellule photovoltaïque 10 en demi-cellules 30 pour obtenir les sous-cellules 40.
Dans le cas d'utilisation d'un laser, le faisceau grave avantageusement le côté opposé à l'émetteur de la cellule photovoltaïque 10 à découper, de sorte à éviter les risques de court-circuit. Le clivage peut être obtenu dans l'alignement des zones fragilisées par le laser, par exemple en appuyant sur ces zones avec un matériau élastomère, lorsque la cellule photovoltaïque est posée sur un support non-plan. Alternativement, on peut utiliser un dispositif à parties mobiles qui, en maintenant par dépression chacune des futures sous-cellules, permet d'exercer des contraintes de flexion sur des axes de rupture de la cellule par un mouvement contrôlé des parties mobiles. Du fait du maintien de chacune des sous-cellules, on peut contrôler la disposition des sous-cellules issues d'une même cellule photovoltaïque, ce qui facilite l'étape suivante du procédé. Le découpage est avantageusement réalisé de façon entièrement automatisée par un robot faisant partie de la ligne de production des modules photovoltaïques, soit en amont du stringer, i.e. l'équipement destiné à former les chaînes de sous-cellules, soit au sein même du stringer. Autrement dit, le stringer peut comporter une station de découpe des cellules photovoltaïques en sous-cellules conformément à l'étape F1 .
Les sous-cellules 40 obtenues à l'issue de l'étape F1 sont avantageusement triées, par exemple par photoluminescence (pour détecter les sous-cellules fissurées) et/ou en fonction de leurs caractéristiques l-V, afin d'écarter les sous-cellules susceptibles de limiter les performances du module photovoltaïque. Les sous-cellules 40 possédant un angle tronqué pourront également être séparées de celles qui en sont dépourvues, afin de réaliser deux types de module.
À l'étape F2 représentée par la figure 4B, les sous-cellules 40 sont alignées dans la deuxième direction 42 pour former des groupes 400 de sous-cellules. Les sous- cellules 40 de chaque groupe 400 sont séparées les unes des autres d'une faible distance, par exemple de 1 mm, afin d'être isolées électriquement. Le nombre de sous-cellules au sein de chaque groupe 400 varie en fonction de leur longueur Lsc. En effet, les sous-cellules 40 sont disposées de telle façon que les groupes 400 de sous-cellules aient une longueur L' sensiblement identique à la longueur L des demi- cellules 30 (ici L'=158 mm, au lieu de L=156 mm). La largeur des groupes 400 de sous-cellules est égale à la largeur I des demi-cellules (78 mm), elle-même égale à la largeur des sous-cellules 40 (cf. Fig.4A). Autrement dit, à l'étape F2, on reconstitue une demi-cellule 30, en juxtaposant autant de sous-cellules 40 qu'il en a été découpé dans la demi-cellule 30. Dans l'exemple représenté sur la figure 4B, les demi-cellules 30 ont été découpées en trois, chaque groupe 400 contient par conséquent trois sous-cellules 40.
La répartition des sous-cellules 40 en groupes 400 peut être réalisée par un robot muni d'un bras de préhension associé à un dispositif vibrant à encoches et, éventuellement, d'un dispositif de détection optique lui permettant de visualiser les sous-cellules avant de s'en saisir. Le bras de préhension saisit les sous-cellules issues de la station de découpage et les pose dans les encoches du dispositif vibrant placées en position inclinée. Les vibrations couplées à la pente font glisser les sous- cellules le long des encoches dont la largeur diminue jusqu'à une dimension juste supérieure à celles des sous-cellules, ces encoches étant séparées de l'espacement voulu pour les sous-cellules. De préférence, ce robot fait partie du stringer, et plus particulièrement de la station de chargement chargée de distribuer les groupes de sous-cellules. Au contraire, lorsqu'il s'agit d'un équipement spécifique, une manipulation supplémentaire des groupes de sous-cellules est nécessaire afin d'être amenés jusqu'à la station de chargement du stringer. La disposition des sous- cellules dans le groupe risque d'être modifiée et le risque de casse des sous-cellules est plus élevé.
Afin de limiter au maximum les transferts de sous-cellules entre le poste de découpage et le poste de formation des groupes 400, et donc les risques de casse de ces sous-cellules, les sous-cellules d'un groupe 400 sont prélevées au sein d'une même demi-cellule 30. En d'autres termes, juste après avoir été découpées, les sous-cellules sont regroupées.
Lorsque le système de découpe permet de positionner directement les sous- cellules 40 en forme de groupes 400, dans le cas du dispositif à parties mobiles décrit précédemment ou de l'équipement TLS par exemple, le système de découpe est avantageusement connecté à la station de chargement du stringer de sorte à conserver la position des sous-cellules. Puis, à l'étape F3 de la figure 4C, le stringer manipule à l'aide d'un robot ou unité de transfert les groupes de sous-cellules, comme il le ferait avec des demi-cellules, pour former simultanément plusieurs chaînes 410 de sous-cellules. Grâce au fait que les groupes de sous-cellules ont quasiment les mêmes dimensions que les demi- cellules, la manipulation des groupes plutôt que des demi-cellules ne pose aucune difficulté. Elle ne requiert que quelques modifications mineures sur le robot de transfert d'un stringer adapté au format des demi-cellules. En particulier, la configuration des buses d'aspiration des demi-cellules est modifiée pour saisir simultanément les sous-cellules de chaque groupe. On peut prévoir une ou plusieurs buses d'aspiration par sous-cellule. Compte tenu du faible gabarit des sous-cellules, les buses d'aspiration sont disposées de sorte que chaque buse aspire une sous- cellule 40 vers son centre. Le dispositif de détection optique du stringer peut aussi être adapté pour bien situer les groupes 400 de sous-cellules.
Les groupes 400 de sous-cellules sont ainsi transférés par le robot depuis la station de chargement vers une station d'assemblage, pour y être interconnectés. Les chaînes 410 de sous-cellules sont constituées en connectant deux par deux des sous-cellules 40 provenant de groupes 400 différents. Les connexions s'effectuent dans la première direction 41 . Ainsi, les sous-cellules 40 de chaque groupe appartiennent à des chaînes 410 différentes.
Ce mode de connexion est décrit en détail ci-dessous en référence à la figure 4C qui, dans un souci de clarté, ne montre que deux groupes consécutifs de sous-cellules. Ces groupes portent les références 400A et 400B. Ainsi, les chaînes 410 de sous- cellules seront dans cet exemple limitées à deux sous-cellules.
Des interconnexions 420A sont d'abord disposées sur le premier groupe 400A de sous-cellules. Les interconnexions 420A s'étendent dans la première direction 41 et ont une longueur égale à deux fois environ la largeur des sous-cellules 40. Ainsi, une partie seulement des interconnexions 420A est en contact avec la face avant des sous-cellules 40 appartenant au premier groupe 400A. Ensuite, le deuxième groupe 400B de sous-cellules est disposé dans le prolongement du premier groupe 400A sur la partie non-occupée des interconnexions 420A. Celles-ci se trouvent alors en contact avec la face arrière des sous-cellules 40 appartenant au deuxième groupe 400B. Des interconnexions 420B plus courtes que les interconnexions 420A, par exemple réduites de moitié, sont dans cet exemple disposées sur la face avant du groupe 400B. La mise en place des interconnexions 420B correspond à l'opération pour terminer une chaîne de sous-cellules (string). De même, la face arrière du groupe 400A avait été amenée en début de séquence (lors de la manipulation du groupe 400A par le stringer) en contact avec des interconnexions 420C d'une demi- longueur, ce qui correspond à l'opération pour démarrer une chaîne de sous-cellules. Ces interconnexions 420B et 420C constituent ici les extrémités des chaînes 410 de sous-cellules. Les chaînes 410 comprennent bien souvent plus de deux demi-cellules afin d'élever suffisamment la tension aux bornes du module photovoltaïque. Les opérations de mise en place des groupes de sous-cellules et des interconnexions sont alors reproduites plusieurs fois en fonction du nombre de sous-cellules à connecter en série. Les interconnexions 420B déposées sur le groupe de cellules 400B sont alors identiques aux interconnexions 420A, puis un troisième groupe de sous-cellules (non représenté) est disposé sur la partie libre des interconnexions 420B, etc.
En d'autres termes, au cours de l'étape F3, les groupes de sous-cellules sont progressivement alignés dans la première direction 41 , en les manipulant un par un. Entre deux manipulations successives, des interconnexions sont disposées sur le dernier groupe de sous-cellules de la chaîne. Ces interconnexions s'étendent dans la première direction 41 et sont réparties de façon homogène à la surface des groupes, ce qui permet de former simultanément plusieurs chaînes de sous-cellules 410 indépendantes électriquement.
Les interconnexions peuvent être de différentes natures selon la technique d'interconnexion utilisée. Une première technique consiste à utiliser des rubans conducteurs électriquement de section rectangulaire, par exemple en cuivre. Cette technique est aujourd'hui parfaitement maîtrisée pour des cellules photovoltaïques entières et des demi- cellules et fait appel à des équipements qui sont répandus et abordables. Les rubans sont répartis dessus et dessous les groupes de sous-cellules de façon à ce que chaque face des sous-cellules est en contact avec au moins un ruban. Le nombre de rubans électriques utilisés pour relier deux groupes consécutifs de sous-cellules est avantageusement de 3 ou 4. Par exemple, avec un stringer à 4 rubans, on pourra obtenir soit deux chaînes 410 constituées de quarts de cellule (78 mm x 78 mm) connectés (deux à deux) par deux rubans, soit quatre chaînes 410 constituées de huitièmes de cellules (39 mm x 78 mm) connectés par un seul ruban. Avec un stringer à 3 rubans, trois chaînes 410 de sous-cellules (78 mm x 52 mm) peuvent être obtenues simultanément, chaque chaîne ne contenant qu'un seul ruban dans la deuxième direction 42.
De façon alternative, des techniques d'interconnexion par fils conducteurs électriquement peuvent être employées. Les groupes de sous-cellules sont notamment compatibles avec la technologie « Multi-Busbar » développée par la société « Schmid » et la technologie « SmartWire » développée par la société « Meyer Burger ». Les fils conducteurs de section circulaire constituent des interconnexions plus avantageuses que les rubans, car elles réduisent la quantité d'argent nécessaire pour imprimer les doigts de collecte (du fait de leur plus grand nombre) et causent un ombrage plus faible, à section de conducteur identique. Des modules moins coûteux et plus performants peuvent donc être obtenus grâce à ce type d'interconnexions.
Comme les rubans, les fils électriques sont dans la technologie « Multi-Busbar » déposés sur des busbars discontinus formés en face avant des sous-cellules 40 et éventuellement en face arrière (dans le cas de cellules photovoltaïques bifaciales). Dans chaque chaîne 410, les sous-cellules 40 sont connectées deux à deux par plusieurs fils électriques qui s'étendent dans la première direction 41 . Avec cette technologie, les fils électriques sont soudés sur les bus localisés des sous-cellules lors de la réalisation des chaînes (chauffage localisé vers 200°C pour fusionner l'alliage enrobant les fils). Les fils deviennent alors solidaires des sous- cellules. Dès lors que les fils ont été soudés, la présence de plusieurs fils dans la deuxième direction 42 évite que les chaînes 410 ne se vrillent, en tournant autour de la première direction 41 . À l'inverse, les chaînes 410 ne comportant qu'un seul ruban dans la deuxième direction 42 risquent de tourner sur elles-mêmes lorsqu'elles seront manipulées pour être connectées en série (étapes des figures 4D et 4E). Dans le mode de mise en œuvre préférentiel représenté sur la figure 4C, les interconnexions 420A-420C sont des fils électriques solidaires d'un support, à la façon d'une nappe, et entrent directement en contact avec les doigts de collecte, conformément à la technologie « SwartWire ». Les sous-cellules 40 peuvent dans ce cas être dépourvues de busbars, ce qui représente une économie supplémentaire sur le coût du module photovoltaïque (et donc un avantage par rapport à la technologie « Multi-Busbar »). Le support des fils électriques est de préférence un film souple en matériau polymère, par exemple en polytéréphtalate d'éthylène (PET).
Comme représenté sur la figure 4C, le support des fils électriques 420A reliant les deux groupes adjacents 400A-400B est de préférence distribué sous la forme de deux feuilles 430A successives ayant des dimensions voisines de celles des demi- cellules. La première feuille de support 430A est plaquée contre la face avant du groupe 400A et la deuxième feuille de support (non visible sur la figure 4C) est plaquée contre la face arrière du groupe 400B. Les fils 420A s'étendent à la surface de la première feuille 430A disposée en regard de la face avant du groupe 400A, puis à la surface de la seconde feuille disposée en regard de la face arrière du groupe 400B. Les feuilles de support sont ainsi disposées du côté des fils permettant le contact électrique des fils avec les doigts des sous-cellules. Entre les deux groupes de sous-cellules 400A-400B, les fils électriques 420 sont libérés de leur support, ce qui leur permet de passer de la face avant du groupe 400A à la face arrière du groupe 400B. L'espace entre les groupes de sous-cellules 400A-400B est par exemple de 2,5 mm, ce qui constitue l'espace usuel entre cellules pour des chaînes classiques avec des interconnexions rubans. Avec des fils, cet espace peut être avantageusement réduit.
Les fils électriques 420B et 420C formant les extrémités des chaînes 410 ne sont tenus que par une seule feuille de support 430B, plaquée respectivement sur la face avant du groupe 400B et sur la face arrière du groupe 400A.
Les feuilles de support sont, de préférence, collées de chaque côté des groupes de sous-cellules en chauffant légèrement le matériau polymère (par exemple vers 100 °C). Toutefois, malgré cette opération, le contact électrique entre les fils 420A- 420C et les doigts de collecte n'est pas encore établi. Le contact électrique s'opère de préférence lors d'une étape ultérieure de lamination des modules photovoltaïques, grâce au fait que les fils électriques sont enrobés d'une couche en un alliage ayant une température de fusion légèrement inférieure à 150 °C, par exemple un alliage à base d'indium.
Outre le fait qu'elle permet de diminuer considérablement le coût de fabrication des cellules, la technique d'interconnexion « SmartWire » est également la plus avantageuse d'un point de vue de la fiabilité des modules photovoltaïques. En effet, dans la technologie « Multi-Busbar », le contact électrique entre les fils électriques et les sous-cellules est réalisé par le stringer, avant la mise en série des chaînes de sous-cellules. Par conséquent, des contraintes mécaniques importantes s'exercent sur ces contacts électriques lors de la manipulation des chaînes de sous-cellules. Certains des contacts pourraient se rompre, c'est pourquoi des busbar discontinus sont nécessaires sur la cellule. Au contraire, dans la technologie « SmartWire », la présence du support en polymère améliore la tenue mécanique de chaînes de sous- cellules. En effet, grâce au collage des fils sur les supports et des supports sur les sous-cellules, les fils ne peuvent plus se déplacer. Il n'y a donc pas de risque de rompre des liaisons mécaniques « fils - doigts de collecte » pendant la manipulation des chaînes de sous-cellules. Cela est d'autant plus important que les liaisons électriques « fils - doigts de collecte » ne sont pas encore formées à cette étape si l'opération d'assemblage des chaînes a bien été réalisée en dessous du point de fusion de l'alliage enrobant les fils. Pour mettre en œuvre la technologie d'interconnexion « SmartWire », le stringer comporte un module de distribution des fils électriques, par exemple sous la forme d'un tambour autour duquel sont enroulés les fils électriques et leur support. Ce module alimente en interconnexions la station d'assemblage au fur et à mesure que les groupes de sous-cellules arrivent à cette station. La station d'assemblage est configurée pour lier mécaniquement le support des fils électriques aux groupes de sous-cellules. Elle comporte notamment un dispositif de pressage chauffant pour chauffer le support des fils et le coller aux sous-cellules. Après que les groupes de sous-cellules aient été reliés mécaniquement en chaînes ou « guirlandes », les différentes chaînes 410 de sous-cellules sont désolidarisées les unes des autres, en découpant les feuilles de support 430A-430B au niveau de l'espace qui séparent les sous-cellules d'un groupe. Les chaînes 410 peuvent alors être manipulées individuellement. Ce découpage du support peut être réalisé au moyen de couteaux, de préférence en forme de disque rotatif, appartenant au stringer. Le stringer peut aussi être équipé d'un laser pour découper le support des fils.
Quelle que soit la technique d'interconnexion par fils employée à l'étape F3, les fils 420A sont avantageusement séparés dans la deuxième direction 42 d'une distance inférieure à 20 mm, de préférence comprise entre 4 mm et 12 mm. En effet, réduire la distance entre fils permet de relever les contraintes de résistance de doigts de collecte. On utilisera donc avantageusement une distance comprise entre 4 mm et 12 mm, les distances les plus petites étant associées aux fils les plus fins pour limiter l'ombrage. Ainsi, des sous-cellules de 39 mm de longueur (Lsc = 39 mm) comprennent entre quatre fils de 150 μηι de diamètre et neuf fils de 100 μηι de diamètre.
Dans le mode de mise en œuvre préférentiel des figures 4A à 4E, les sous- cellules 40 des chaînes 410 sont toutes orientées de la même façon et toutes du même type, par exemple tirées de cellules photovoltaïques en silicium à émetteur standard dopé de type n. Dans une cellule photovoltaïque à émetteur standard, l'émetteur (i.e. la couche mince dopée d'un type de dopage opposé à celui du substrat) est situé en face avant de la cellule. À l'inverse, dans une cellule à émetteur inversé, l'émetteur se situe en face arrière de la cellule. Ainsi, le type d'une cellule/sous-cellule peut faire référence à l'emplacement de l'émetteur dans la cellule/sous-cellule. On distinguera également deux types de cellules/sous-cellules en fonction du type de dopage du substrat (n ou p). En effet, une cellule à émetteur standard formée à partir d'un substrat de type n peut être considérée de type opposé à une autre cellule à émetteur standard formée à partir d'un substrat de type p. Une orientation identique signifie que toutes les sous-cellules 40 ont leur face avant F orientées du même côté, par exemple vers le haut (i.e. en direction du soleil).
Dans ces conditions, on voit sur la figure 4C que les interconnexions 420B formant les extrémités de deux chaînes 410 adjacentes sont de la même polarité. En effet, elles sont toutes connectées à la face avant des sous-cellules appartenant au groupe 400A. Il en est de même des interconnexions 420C plaquées contre la face arrière des sous-cellules appartenant au groupe 400B. Il paraît donc judicieux de tourner à 180° l'une des deux chaînes de sous-cellules avant de les connecter en série.
Ainsi, à l'étape F4 de la figure 4D, on effectue une rotation à 180° d'une chaîne 410 de sous-cellules 40 toutes les deux chaînes, sans toutefois changer son orientation. Dans l'exemple de module photovoltaïque représenté sur la figure 4C, qui ne compte que trois chaînes 410, la chaîne du milieu est tournée à 180°. Les extrémités 420C de la chaîne centrale 410 se retrouvent alors du côté opposé, avec de part et d'autre des interconnexions 420B de polarité opposée.
Cette opération de rotation peut être réalisée par un deuxième robot ou unité de transfert qui saisit une par une les chaînes de sous-cellules en sortie de la station d'assemblage, afin de les poser côte à côte sur une plaque de protection en verre constituant la face avant du module photovoltaïque. De façon classique, la plaque de protection constituée du verre face avant du module est recouverte d'une feuille de matériau d'encapsulation, avant d'y disposer les chaînes de sous-cellules.
Enfin, à l'étape F5 de la figure 4E, les différentes chaînes 410 de sous-cellules sont connectées en série, en plaçant par exemple à chaque extrémité des chaînes, un ruban conducteur 440A qui s'étend dans la deuxième direction 42 sur les interconnexions 420B-420C de deux chaînes 410 adjacentes. Des rubans conducteurs 440B et 440C peuvent en outre être reliés respectivement aux interconnexions 420B de la dernière chaîne 410 de la série (à droite sur la figure 4E) et aux interconnexions 420C de la première chaîne 410 de la série (à gauche sur la figure 4E). Les conducteurs 440B et 440C constituent avantageusement les bornes du module photovoltaïque. Alternativement, le deuxième robot de transfert peut être configuré pour saisir simultanément plusieurs chaînes 410 de sous-cellules, les passer éventuellement sous un dispositif de mise à longueur des chaînes, en poser certaines sur la plaque de protection en verre, tourner à 180° les chaînes de sous-cellules restantes, c'est-à- dire celles qui n'ont pas été relâchées par le robot de transfert, puis poser les chaînes de sous-cellules restantes à côté des chaînes déjà positionnées sur la plaque de protection. Par exemple, dans le cas de quatre chaînes de sous- cellules 410 formées simultanément et agencées en parallèle, le robot de transfert saisit les quatre chaînes, pose la première et la troisième sur la plaque de protection, tourne la deuxième et la quatrième à 180° puis les pose à côté des première et troisième chaînes en respectant l'ordre initial des chaînes de sous-cellules.
Ce deuxième robot comprend au moins un groupe de buses d'aspiration configuré pour saisir individuellement chacune des chaînes de sous-cellules, plutôt qu'une chaîne de demi-cellules ou une chaîne de cellules entières. Dans le cas d'une manipulation collective des chaînes, le robot comprend avantageusement plusieurs groupes de buses d'aspiration. Les buses d'aspiration de chaque groupe sont commandées simultanément et disposées de façon à aspirer et maintenir chaque sous-cellule de la chaîne saisie. Par contre, les différents groupes peuvent être contrôlés indépendamment les uns des autres afin de saisir et relâcher une partie seulement des chaînes de sous-cellules.
Le deuxième robot de transfert peut être un module couplé à la station d'assemblage du stringer, et donc faire partie d'un même système, ou bien constituer un équipement distinct situé entre le stringer et la station de layup dans la ligne de production des modules photovoltaïques. La station de layup désigne l'emplacement où sont transférées les chaînes de sous-cellules 41 0 et où l'on assemble le module photovoltaïque. Après les avoir disposées sur la plaque de protection avant du module, les chaînes de sous-cellules 410 sont connectées en série (étape F5), puis recouvertes d'une deuxième feuille de matériau d'encapsulation et d'une deuxième plaque de protection constituant la face arrière du module.
La figure 5C représente une variante de mise en œuvre de l'étape F3 d'interconnexions des sous-cellules (étape dite de « stringing »), dans le cadre de la technologie « SmartWire ».
Plutôt que de découper les feuilles de support après les avoir plaquées contre les faces des groupes de sous-cellules, les feuilles de support ont été découpées préalablement, i.e. avant l'étape F3, dans la première direction 41 en plusieurs morceaux 430'. Les morceaux 430' ont globalement les dimensions d'une sous- cellule 40. Ils sont reliés deux à deux par des interconnexions 420A : un morceau issu de la première feuille avec un morceau issu de la seconde feuille. Ainsi, le stringer n'est plus alimenté par des paires de feuilles au format « demi-cellule », mais par une pluralité de bandes ou guirlandes comprenant chacune deux morceaux de support 430' et une partie des interconnexions 420A.
À l'étape F3, les morceaux 430' sont ensuite plaqués contre les faces des sous- cellules, de préférence selon la même séquence que les feuilles de support 430A (Fig.4C). Par exemple, pour connecter une sous-cellule 40A appartenant au groupe 400A à une sous-cellule 40B appartenant au groupe 400B, un morceau de support 430' est plaqué contre la face avant de la sous-cellule 40A et l'autre morceau (non visible sur la figure 5C) est plaqué contre la face arrière de la sous-cellule 40B (lorsque le groupe 400B est posé sur les interconnexions 420A).
Cette variante de mise en œuvre de l'étape F3 permet d'obtenir directement des chaînes de sous-cellules indépendantes les unes des autres mais complexifie l'équipement de préparation des nappes de fils. Les étapes F4 et F5 (dites de « layup ») permettant la connexion en série des chaînes de sous-cellules 410 peuvent ensuite être mises en œuvre de la même façon que décrite précédemment, en relation avec les figures 4D et 4E. Une façon d'éviter la rotation des chaînes de sous-cellules à l'étape F4 de la figure 4C et l'opération de découpage des feuilles de support (avant ou après l'étape F3) consiste à utiliser des sous-cellules de type ou d'orientation opposé entre deux chaînes de sous-cellules 410 adjacentes. En effet, il n'est plus utile dans ces deux cas se séparer les chaînes de sous-cellules 410 formées simultanément à l'étape F3, car la polarité des interconnexions 420B (ou des interconnexions 420C) alterne en passant d'une chaîne à l'autre. Elles peuvent donc être déplacées ensemble vers la station de layup, où elles sont interconnectées par les rubans conducteurs 440A.
La figure 6 représente schématiquement l'une de ces variantes de mise en œuvre du procédé de fabrication. Les sous-cellules 40 des chaînes 410 sont toutes du même type mais leur orientation diffère. À l'étape F2 de constitution des groupes 400, les sous-cellules sont disposées de façon à ce qu'une sous-cellule sur deux des groupes 400 est orientée dans le sens opposé. Dans l'exemple de groupes de trois sous-cellules (Fig.6E), la sous-cellule au centre des groupes 400 peut être disposée face arrière B tournée vers le haut, alors que les deux sous-cellules sur les bords ont leur face avant F tournée vers le haut.
Cette première variante du procédé de fabrication, valable uniquement dans le cas de cellules bifaciales, montrent des performances (en termes de puissance électrique du module photovoltaïque) moindres que celles du cas précédent, où toutes les sous-cellules sont de même type et de même orientation. En effet, il est rare de tirer exactement le même courant électrique d'une cellule bifaciale quelle que soit l'orientation de cette cellule. Le courant est plus faible lorsque la face arrière est exposée au rayonnement solaire incident. Cet écart en courant peut être évité en modifiant les dimensions des sous-cellules selon qu'elles sont utilisées en face avant ou en face arrière mais le courant résultant sera plus faible.
La diminution du courant des chaînes de cellules, causée par les cellules dont la face arrière B est tournée vers le haut, peut être limitée en n'utilisant que des cellules photovoltaïques ayant un taux de bifacialité élevé, supérieur à 95 %. Le taux de bifacialité désigne le ratio entre le courant électrique généré par la cellule lorsque sa face avant est exposée au rayonnement solaire incident et le courant généré par cette même cellule lorsque la face arrière est exposée au même rayonnement.
Comme indiqué précédemment, les mêmes avantages peuvent être obtenus en alternant les types de sous-cellules d'une chaîne 410 à l'autre, mais en les orientant de la même façon. Par exemple, les sous-cellules d'une chaîne 410 peuvent être à émetteur standard et les sous-cellules de la (ou des) chaîne(s) 410 adjacente(s) sont à émetteur inversé. L'émetteur se situe alors tantôt en face avant, tantôt en face arrière des sous-cellules. Toutes les sous-cellules peuvent autrement avoir leur émetteur du même côté, mais être formées sur des substrats de types de dopage opposés. L'important est d'avoir deux familles de sous-cellules ayant des faces avant F de polarités différentes.
Cette seconde variante du procédé de fabrication selon l'invention présente l'avantage supplémentaire de pouvoir fonctionner aussi bien avec des cellules bifaciales qu'avec des cellules monofaciales. Par contre, elle requiert, à la différence des propositions précédentes, de gérer deux productions distinctes de cellules photovoltaïques. Comme ces cellules n'ont pas nécessairement les mêmes performances, le courant électrique généré par le module électrique peut être plus faible que dans le cas de sous-cellules de même type (et de même orientation). Les deux variantes du procédé de fabrication décrites ci-dessus peuvent être mise en œuvre quelle que soit la nature des interconnexions, en forme de ruban ou de fil électrique.
La figure 7 illustre un deuxième mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention ne faisant pas intervenir le découpage en demi-cellules. En effet, les cellules photovoltaïques de pleine taille sont ici découpées dans la première direction 41 seulement, c'est-à-dire perpendiculairement aux doigts de collecte 12, obtenant ainsi des sous-cellules 70 en forme de bande, par exemple trois bandes de 52 mm x 156 mm.
Des groupes 700 de sous-cellules 70 sont constitués à l'étape F2 de la même façon que décrite précédemment, à la différence que les groupes 700 ont des dimensions semblables à celles de cellules entières (par exemple 158 mm x 156 mm). Ainsi, plutôt qu'un stringer de demi-cellules, on utilisera un stringer de cellules entières avec la même modification au niveau des buses d'aspiration et du logiciel de vision. Ceci est particulièrement avantageux, car les stringers de cellules entières sont nettement plus répandus et moins chers que les stringers de demi-cellules et ont une meilleure cadence de production. À l'inverse, les gains en tension seront plus limités, de même que la réduction des pertes résistives dans les interconnexions.
Les autres étapes du procédé de fabrication, en particulier l'étape F3 d'interconnexions des sous-cellules 70 en chaînes 710, pourront être mises en œuvre comme indiqué précédemment. Seule la longueur des interconnexions 425 est adaptée à la largeur plus importante des sous-cellules 70.
Grâce au procédé de fabrication qui vient d'être décrit, un module photovoltaïque de tension élevée et de courant faible peut être obtenu facilement et à moindre coût. À surface de cellule équivalente, la tension de circuit ouvert du module est multipliée d'un facteur égal au nombre de sous-cellules découpées dans une cellule de pleine taille. Le courant électrique du module est quant à lui diminué dans les mêmes proportions. Par exemple, en découpant en 6 (soit 3 sous-cellules par demi-cellule) les 60 cellules photovoltaïques de pleine taille d'un module classique, le module selon l'invention peut atteindre une tension de circuit ouvert supérieure à 220 V dans le cas de cellules à homojonction, et supérieure à 250 V dans le cas de cellules à hétérojonction. À partir de 8 sous-cellules par cellule photovoltaïques de pleine taille (soit 4 sous-cellules par demi-cellule), la tension de circuit ouvert est supérieure à 300 V dans le cas de cellules à homojonction, et supérieure à 340 V dans le cas de cellules à hétérojonction. Les cellules élémentaires, ou sous-cellules, du module photovoltaïque selon l'invention ont avantageusement une largeur I (dans la direction 41 ) inférieure ou égale à la dimension standard des cellules photovoltaïques (ex. 156 mm), et une longueur Lsc (dans la direction 42) strictement inférieure à leur largeur. Cela est dû au fait que les sous-cellules ont été obtenues en découpant des cellules photovoltaïques de pleine taille perpendiculairement aux doigts de collecte. Le module photovoltaïque comporte alors moins d'espacements entre les sous-cellules d'une même chaîne que dans un module où les sous-cellules auraient été découpées parallèlement aux doigts de collecte. La puissance électrique du module par unité de surface est ainsi augmentée. Le fait que le module selon l'invention comporte par contre plus de chaînes, et donc plus d'espacements entre ces chaînes, n'est pas gênant car ces espacements sont plus faibles que ceux entre les sous- cellules d'une chaîne (environ 1 mm, en comparaison de 2,5 mm entre les sous- cellules).
Dans le mode de réalisation préférentiel des figures 4A à 4E, la largeur I des sous- cellules 40 est égale à la largeur d'une demi-cellule, soit 78 mm, et la longueur Lsc des sous-cellules 40 varie selon le nombre de sous-cellules découpées dans chaque cellule 10. La longueur Lsc des sous-cellules est de préférence comprise entre 30,6 mm et 52,5 mm, ce qui correspond à 3-5 sous-cellules par groupe 400, en tenant compte que certaines cellules du groupe peuvent avoir une longueur plus grande que d'autres. En effet, la borne supérieure « 52,5 mm » est la longueur maximale des sous-cellules au format 1 /6 dans le cas de cellules pseudo-carrées (52 mm pour des cellules carrées) et la borne inférieure « 30,6 mm » est la longueur minimale des sous-cellules au format 1/10 dans le cas de cellules pseudo-carrées (31 ,2 pour des cellules carrées).
L'obtention d'un module photovoltaïque de tension élevée et de courant faible présente de nombreux avantages. Un courant électrique moindre équivaut à des pertes résistives dans les interconnexions du module plus faibles comparées aux modules classiques, et donc à un meilleur facteur de forme FF. Les pertes résistives dans les conducteurs de l'installation photovoltaïque, par exemple entre deux modules consécutifs d'une chaîne de modules, sont également diminuées. Par ailleurs, le fait de disposer d'une tension plus élevée en sortie du module permet d'équiper chaque module photovoltaïque d'un micro-onduleur, car ce dernier n'a plus besoin d'élever la tension du module au niveau de la tension du réseau. Auparavant, cette solution n'était pas envisageable avec les modules classiques en raison du coût important des micro-onduleurs. Dans la mesure où l'étage élévateur de tension des micro-onduleurs est supprimé, leur coût est réduit et on peut prévoir un onduleur par module, plutôt qu'un seul onduleur pour toute une chaîne de modules. Un module photovoltaïque ayant son propre onduleur est particulièrement intéressant, car il est ainsi moins sensible aux perturbations que peut subir le module, par exemple un ombrage partiel.
Bien sûr, chaque cellule photovoltaïque ou demi-cellule peut être découpée en nombre plus important de sous-cellules, par exemple 6, afin de diminuer davantage le courant électrique du module, et donc les pertes résistives. Toutefois, plus ce nombre est grand, plus le taux de recombinaison des porteurs de charge dans le groupe de sous-cellules est important, par rapport à une cellule ou une demi-cellule de taille équivalente. En effet, un groupe de sous-cellules comporte de nombreux bords où se concentrent les recombinaisons de porteurs de charge. Le meilleur compromis entre la diminution du courant électrique du module et les pertes par recombinaison des porteurs de charge est atteint pour des sous-cellules ayant un ratio largeur sur longueur compris entre 1 ,48 et 2,55. Un ratio largeur sur longueur de 1 ,48 correspond à la découpe de trois sous-cellules 40 par demi-cellule 30 (Fig.4A) ou de trois sous-cellules 70 par cellule photovoltaïque 10 de pleine taille (Fig.7). Un ratio largeur sur longueur de 2,55 correspond à la découpe de cinq sous-cellules 40 par demi-cellule 30 ou de cinq sous-cellules 70 par cellule photovoltaïque 10 de pleine taille.
Le procédé de fabrication selon l'invention permet également d'obtenir des modules photovoltaïques dont les performances et la fiabilité sont accrues par rapport aux modules photovoltaïques à cellules entières ou à demi-cellules de l'art antérieur. Ces améliorations sont obtenues en redimensionnant les interconnexions 420A-420C utilisées à l'étape F3 de stringing (Figs.4C, 5C et 7). En effet, puisque le courant électrique est plus faible, la section des interconnexions peut être diminuée sans rogner de façon trop significative les gains en termes de pertes résistives (obtenus par la diminution du courant électrique).
Les fils conducteurs utilisés à l'étape F3 dans le cadre de la technologie « SmartWire » et « Multi-Busbar » ont avantageusement un diamètre inférieur ou égal à 200 μηπ, et de préférence inférieur ou égal à 180 μηι. Lorsque les rubans conducteurs sont utilisés, ils ont avantageusement une largeur inférieure ou égale à 1 mm, par exemple de 0,8 mm, et une épaisseur inférieure ou égale à 180 μηι. Dans les modules photovoltaïques de l'art antérieur, ils ont habituellement une largeur de 1 ,5 mm (configuration à 3 busbars) ou une largeur de 1 ,2 mm (configuration à 4 busbars), et une épaisseur supérieure ou égale à 200 μηι.
À titre d'exemple, dans un module photovoltaïque classique comprenant une chaîne de cellules photovoltaïques entières (156 mm x 156 mm) connectées deux à deux par trois rubans de dimensions 1 ,5 mm x 0,2 mm, la section transversale (i.e. dans la direction 42) totale des interconnexions est égale à 0,9 mm2 (soit 5,77.10"3 mm2/mm, en répartissant la section sur toute la longueur des cellules). À titre de comparaison, dans un module photovoltaïque comprenant trois chaînes de sous-cellules 52 mm x 78 mm (des sixièmes de cellule) connectées deux à deux par un seul ruban de dimensions 0,8 mm x 0,15 mm, la section transversale totale des interconnexions est égale à 0,36 mm2 (soit 2,31 .10"3 mm2/mm, en répartissant la section sur la longueur cumulée des sous-cellules). La section transversale est ainsi réduite de 60 % environ. Dans le cas des interconnexions par fils, la technologie « SmartWire » est habituellement mise en œuvre sur des cellules photovoltaïques entières (156 mm x 156 mm) avec 18 fils de 300 μηι de diamètre afin d'obtenir les meilleures performances. La section transversale totale de ces interconnexions est alors égale à 1 ,27 mm2 (soit 8,14.10"3 mm2/mm). Grâce au procédé selon l'invention, des sixièmes de cellule (52 mm x 78 mm) peuvent être connectées (deux à deux) par six fils de 150 μηι de diamètre ou quatre fils de 180 μηι de diamètre. La section transversale totale de conducteur est alors de 0,31 mm2 environ (soit 2,0.10"3 mm2/mm), ce qui représente une réduction d'environ 75 %. Pour la réalisation de modules photovoltaïques à base de sous-cellules bifaciales, qui délivrent plus de courant du fait de la contribution de la face arrière, on peut utiliser une section d'interconnexion légèrement plus élevée. Par exemple, des sixièmes de cellule (52 mm x 78 mm) peuvent être connectées (deux à deux) par quatre fils de 200 μηι de diamètre, au lieu de 180 μηι. La section transversale totale de conducteur est alors de 0,37 mm2 environ (soit 2,4.10"3 mm2/mm).
Des réductions de section transversale peuvent aussi être obtenues avec des cellules entières découpées en 4, 8 ou 10 sous-cellules, plutôt qu'en 6, avec des réductions plus marquées en augmentant le nombre de sous-cellules. Ainsi, lorsqu'on compte 3 à 5 sous-cellules par groupe, les fils électriques ont avantageusement dans chaque sous-cellule une section transversale rapportée sur la longueur Lsc de la sous-cellule inférieure à 0,0025 mm2/mm, et de préférence inférieure à 0,0021 mm2/mm.
La réduction de la section des interconnexions conduit à une diminution des contraintes de dilatation thermique dans les interconnexions et, par conséquent, à une meilleure fiabilité des modules photovoltaïques. Les interconnexions sont également plus souples, ce qui permet de rapprocher davantage les différents groupes de sous-cellules afin de réaliser des modules plus compacts. Par exemple, l'espace entre deux groupes de sous-cellules consécutifs peut être inférieur à 1 ,3 mm en utilisant des fils de diamètre 150 μηι ou moins. Autrement dit, les sous- cellules de chaque chaîne sont régulièrement espacées dans la direction 41 d'une distance inférieure ou égale à 1 ,3 mm, par exemple 1 mm. Dans la direction 42, les chaînes de sous-cellules sont avantageusement espacées deux à deux d'une distance inférieure ou égale à 1 ,0 mm.
Réduire la section des interconnexions permet en outre, dans le cas des fils conducteurs, de diminuer le coût de fabrication du module. En effet, on réduit ainsi la quantité de l'alliage qui recouvre les âmes en cuivre des fils et qui permet leur soudure sur les busbars ou les doigts de collecte. Ceci est particulièrement vrai pour la technologie « SmartWire » où le revêtement des fils conducteurs est à base d'indium, un matériau dont le prix est très élevé. Par exemple, en passant de fils de 300 μηι de diamètre à des fils de 150 μηι de diamètre, la quantité d'indium est divisée par deux (l'épaisseur de la couche d'alliage est constante, seul son périmètre diminue).
La réduction de la section des interconnexions entraîne également une augmentation de la puissance électrique des modules photovoltaïques, car l'ombrage causé par les interconnexions est moindre. Ainsi, les sous-cellules produisent davantage de courant pour un même ensoleillement. Ces gains en courant sont encore plus significatifs avec des fils conducteurs car, du fait de leur forme cylindrique, l'ombrage effectif ne correspond qu'à 70 % du diamètre de fils. Par exemple, pour un fil de 150 μηι de diamètre, l'ombrage réel n'est que de 105 μηι de largeur.
Ainsi, lorsque le procédé de fabrication selon l'invention est combiné avec la technologie d'interconnexion « SmartWire », des modules photovoltaïques de grande fiabilité (pas de contraintes lors de la manipulation des chaînes, peu de contraintes de dilatation thermique) et de hautes performances (pertes résistives, ombrage) peuvent être obtenus à bas coût (quantités d'argent et d'indium plus faibles). Naturellement, le procédé de fabrication selon l'invention n'est pas limité aux modes de réalisation décrits en référence aux figures 4 à 7 et d'autres variantes apparaîtront à l'homme du métier. En particulier, le procédé de fabrication est applicable à tous types de cellules photovoltaïques, à homojonction ou hétérojonction, à base de silicium (monocristallin, multicristallin, amorphe).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module photovoltaïque comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) connectées en série sous la forme de chaînes (410, 710) agencées en parallèle, les cellules photovoltaïques élémentaires comprenant des doigts de collecte (12) orientés perpendiculairement à une première direction (41 ) et présentant :
- une première dimension (I) dans la première direction inférieure ou égale à 156 mm ;
- une deuxième dimension (Lsc) dans une deuxième direction (42) perpendiculaire à la première direction (41 ) strictement inférieure à la première dimension (I) ;
caractérisé en ce que les cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) de chaque chaîne (410, 710) sont interconnectées électriquement deux par deux au moyen d'une pluralité de fils électriques (420A, 425) s'étendant dans la première direction (41 ) et en ce que les fils électriques sont solidaires d'une pluralité de feuilles de support (430') disposées sur les cellules photovoltaïques élémentaires et ont un diamètre inférieur ou égal à 180 μηι.
2. Module photovoltaïque selon la revendication 1 , dans lequel le rapport de la première dimension (I) sur la deuxième dimension (Lsc) des cellules photovoltaïques élémentaires est compris entre 1 ,48 et 2,55.
3. Module photovoltaïque selon la revendication 2, dans lequel la première dimension (I) des cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) est sensiblement égale à 78 mm et dans lequel la deuxième dimension (Lsc) des cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) est comprise entre 30,6 mm et 52,5 mm.
4. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les fils électriques (420A, 425) sont régulièrement espacés d'une distance comprise entre 4 mm et 12 mm.
5. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les fils électriques (420A, 425) ont dans chaque cellule élémentaire photovoltaïque (40, 70) une section transversale divisée par la deuxième dimension (Lsc) inférieure à 0,0025 mm2/mm.
6. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) de chaque chaîne (410, 710) sont régulièrement espacées dans la première direction (41 ) d'une distance inférieure ou égale à 1 ,3 mm.
7. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les chaînes (410, 710) de cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) sont régulièrement espacées dans la deuxième direction (42) d'une distance inférieure ou égale à 1 ,0 mm.
8. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ayant une tension de circuit ouvert supérieure à 220 V et dans lequel les cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) sont des cellules à homojonction à base de silicium.
9. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ayant une tension de circuit ouvert supérieure à 250 V et dans lequel les cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) sont des cellules à hétérojonction à base de silicium.
10. Module photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les cellules photovoltaïques élémentaires (40, 70) ont une même superficie.
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