Brevet FR2017500A1 — publié le 19700522

L'invention a trait à un des panneaux des cellules solaires et plus particulièrement à un panneau souple de telles cellules pouvant être replié en accordéon ou bien être roulé comme un volet à tambour. La puissance de sortie d'une cellule solaire est faible et, dans la plupart des applications, un grand nombre de telles cellules doivent être connectées ensemble pour fournir une puissance de sottie suffisante. Un panneau de cellules solaires comprend un certain nombre de cellules montées sur une sous-structure et connectées ensemble de façon à répondre aux exigences de puissance souhaitées. Ces panneaux doivent, dans les applications de ltespace, résister à des vibrations importantes, des accélérations de choc et des cycles thermiques. En outre, il est souhaitable que le panneau puisse entre replié pendant le lancement d'un véhicule de l'espace, puis déployé dans l'espace ensuite sans détérioration. Le but de la présente invention est donc de mettre en oeuvre un panneau souple de cellules solaires très compact lorsqu'il est plié ou roulé. Selon l'invention, un tel panneau comprend une pièce souple, une série de diodes fixées à une face de cette pièce et des conne xions électriques fixées aux diodes qui les mettent électriquement en connexions réciproques. L'invention sera mieux comprise en se référant au dessin annexé sur lequel les fig. 1 et 2 sont des vues coupées en section droite de panneaux souples de cellules solaires selon l'invention. Sur la fig. 1, on a représenté un panneau souple de cellules solaires 10. Ce panneau 10 comprend une série de diodes 12, une série de pièces transparentes 14 et une pièce souple 16. Les cellules 12 peuvent être de tous types connus. Des cellules solaires de grande surface qui existent à l'heure actuelle en plusieurs dimensions peuvent être utilisées avec avantage. Ces cellules peuvent être fabriquées à partir d'une dendrite de silicium et peuvent fournir une puissance de sortie d'environ 250 milliwatts pour une âme ou pièce dendritique de I x 30 cm. Ces cellules 12 sont montées sur une face d'une pièce souple 16 en un matériau transparent à l'aide d'une couche d'un adhésif transparent, par exemple un adhésif aux silioones vulcanisé à la température ambiante. La couche 18 doit être aussi mince que possible mais doit avoir une résistance suffisante pour empêcher la séparation des cellules 12 de la pièce 16. La couche 18 est de préférence placée entre la pièce 16 et la surface active de la diode 12. Les cellules 12 sont séparées les unes des autres, la séparation entre chaque paire de cellules contigues dépendant du rayon du rouleau cylindrique de pliage ou de la largeur des plis dans le cas d'un pliage en accordéon. I1 faut empêcher deux couches adjacentes 18 d'adhésif transparent de se coller l'une à l'autre. Les cellules 12 sont montées en série, en parallèle ou en série -parallèle. Ces cellules sont fixées à l'aide d'un conducteur fle xible 20, puis recouvertes, si cela est nécessaire, d'un matériau électrique isolant connectant les électrodes arrière 13 et les grilles 15 de ces cellules. Chaque conducteur 20 est suffisamment long pour permettre de rouler ou replier le panneau. La pièce transparente 14 est constituée en un matériau transmettant la lumière et suffisamment résistant pour protéger la cellule associée d'une détérioration mécanique quand ce panneau est manipulé. Le quartz convient particulièrement pour cet usage. Comme le quartz crée une perte par réflexion pouvant aller jusqu'à 30 %, des revttements anti-réfléchissants qui rendent minimal le passage des radiations ultraviolettes sont de préfe rence placés sur cette pièce 14. Chaque couvercle de quartz est monté sur la pièce 16 à l'aide d'une couche adhésive 22 en face des cellules 12 de façon à protéger au maximum la surface active de ces cellules. Le matériau adhésif constituant la couche 22 est d'habitude le meme que celui utilisé pour fixer les cellules 12 à la pièce 16. La pièce 14 est de préférence en un matériau qui absorbe autant que possible les radiations auxquelles les cellules ne sont pas sensibles, ce qui évite un chauffage exagéré des cellules. La pièce 16 est en un matériau qui fournit la souplesse voulue pour le panneau 10, qui supporte les conditions dtenvi- ronnement auxquelles elle est soumise pendant l'utilisation du panneau 10, et qui est suffisamment transparent pour transmettre le rayonnement nécessaire au fonctionnement des cellules 12. La plupart de,lratériaux plastiques clairs et souples conviennent. Un nsiteriau convenable est le téréphtalate de polyéthylène. Sur la fig. 2, on a représenté une autre structure du panneau 10. La seule différence vient de la forme des pièces 14. Chaque pièce 14 bloque, sans la toucher, la pièce 14 contigue L'es-aacement entre chaque couvercle est déterminé par le rayon du rouleau obtenu quand le panneau est roulé ou par la largeur des plis de ce panneau 10. Cette fabrication de la pièce 14 donne une protection maximale des cellules 12 à tout instant. Au lieu d'avoir des bords convexes et concaves, les pièces 14 peuvent avoir diverses autres formes, par exemple un bord peut venir en un point et le bord opposé peut se verrouiller sur le bord de la pièce contigue. D'autres configurations du panneau 10 sont possibles. On peut monter les cellules sur la pièce 16, la pièce de quartz 14 étant placée entre cette pièce 16 et les cellules 12. Cependant, la pièce 16 peut se décolorer sous l'effet de ltexposition aux rayons ultraviolets et affecter le rendement du panneau 10. On peut aussi monter les cellules 12 sur la pièce 16 en utilisant un adhésif transparent placé entre la pièce 16 et la face infé risre ou opposée à la surface active des cellules 12. La pièce 16 agit alors comme un isolant et la dissipation de chaleur des cellules 12 est diminuée. L'invention sera décrite en outre à l'aide d'un exemple caractéristique non limitatif. Quinze diodes ont été fabriquées de la façon suivante Une ame ou pièce en silicium dendritique de 30 cm de lon gueur, 1 cm de largeur et 0,05 cm d'epaisseur est préparée en utilisant des teclmiques connues dans la croissance du silicium épitaxial sur une surface Cette ame a wle resistivite de 0,01 ohm-cm. Une couche épitaxiare de silicium est déposée à partir de vapeur sur une face de cette tme. Cette couche est déposée par décomposition pyrolitique d1un mélange gazeux de silane et d'hydrogène. Pendant l'opération de croissance épitaxiale, de l'hydrure de bore est introduit dans le mélange gazeux avec une concentration décroissante. -La couche résultante a une épaisseur de 30 à 40 p et une zone de semiconductibilité de concentration variable allant de 1019 atomes de bore par cm3 à une concentration de surface finale d'environ 1015 atomes de bore par cm3. En utilisant comme source de diffusion le composé P > 05 avec une durée de diffusion de 15 minutes à une température de 8500 + 50C, une zone de conductibilité du type -n de 0,3 d'ëpaisseur et ayant une résistivité de surface de 0,02 ohm-cm est formée dans la zone supérieure de la couche épitaxiale graduelle. En utilisant une technique de photorésistance, une grille conductrice de ltélectricité est déposée à partir dsune vapeur sur la surface de la zone du type -n de la dendrite dans une chambre d'évaporation sous vide. Les bandes conductrices de 0 l'électricité comportent une première couche de titane de 3.000 A d'épaisseur sur laquelle est déposée une couche d'argent de c 10.000 d'épaisseur. On dépose alors les mimes métaux avec les mêmes épaisseurs sur sa face inférieure de façon à former un contact électrique sur cette face. L'âme est alors enlevée de la chambre d'évaporation sous vide et le matériau de masquage photorésistant est éliminé-de la surface sur laquelle a été déposée la grille conductrice. L'âme dendritique est alors chauffée à 4008C + 500C pendant 15 minutes dans un four dont l'atmosphère est de l'hydrogene sec. Ce procédé fixe physiquement la grille conductrice à la zone du type -n et fournit un contact électrique ohmique avec cette zone. Simultanément, le contact électrique sur la face inféfieure est fixé physiquement à l'amie dendritique d'où il résulte un contact électrique avec lime d'origine. Un revêtement antiréfléchissant d'oxyde de silicium d'épaisseur équivalente à 1/4 de longueur d'onde est posé par conden0ation sur la face supérieure de chaque cellule. Un conducteur électrique est fixé à la grille conductrice placée sur la face supérieure des cellules Un revêtement transparent mince et sans bulles avoir d'une résine aux silicones pouvant se vulcaniser à la température de la piece est alors appliqué sur la face supérieure de chaque cellule, y compris sur la grille. Les cellules sont alors placées sur une pièce de téréphtalate de polyéthylène de 6 mm d'épaisseur et mesurant 16 x 31 cm, à l'aide d'un adhésif trsmsparent. Elles sont placées parallèle- Lient le unes aux autres et à 0,5 Er les unes des autres, et con recrée en série. Après durcissement de la résine adhésive, des couvercles de quartz de 6 mm dtépaisseur, de 1 cm de large et de 30 cn de long sont fixés au téréphtalate de polyéthylène par une couche transparente mince et sans bulles d'air d'un adhésif aux silicones se vulcanisant à la température de la pièce, directement en face de la face supérieure des diodes. Après la pose de adhésif transparent, le panneau de cellules solaires est terminé. Ce panneau est alors ro-ulé à la façon d'un rideau ou volet à tambour aussi serré que possible de façon à avoir un diamètre minimal. Ce panneau est alors déroulé, puis roulé à nouveau vingt fois de suite Lors du déroulement pour la vingtième fois, on effectue un contrôle visuel soigneux. Toutes les diodes et tous les couvercles de quartz doivent être restés en place. Les diodes, les couvercles, la feuilld de téréphtalate ds polyéthylène et les connexions électriques ne doivent pas être détériorées. Le panneau est vérifié du point de vue électrique et peut alors fonctionner suivant ses spécifications. Aucune diminution de rendement n'a été observée entre les diodes de ce panneau et des cellules ayant des couvercles de quartz fixés directement à la face supérieure sans utiliser de feuille de téréphtclate de polyéthylène. REVENDICATIONS 1. Panneau souple de cellules solaires comprenant une pièce transparente souple, une série de cellules photoélectriees distinctes fixées chacune à ladite pièce et des connexions élec- triques reliant les cellules suivant un certain circuit électrique. 2. Panneau selon la revendication 1, dans lequel la pièce souple est en téréphtalate de polyéthylène. 3. Panneau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les cellules sont fabriquées à partir d'un matériau semiconducteur dendritique. 4. Panneau selon les revendications 1 'a 3, dans lequel ledit matériau est du silicium. 5. Panneau selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel un couvercle protecteur transparent est monté sur face de chaque cellule. 6. Panneau selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel un couvercle protecteur transparent est fixé à l'autre face de la pièce souple B ltopposé de chaque cellule. 7. Panneau selon la revendication 6, dans lequel chaque couvercle transparent et chaque cellule sont fixés à la pièce souple par une couche dtun adhésif transparent. 8. Panneau selon l'une des revendications 5 à 7 dans lequel le matériau constituant les couvercles est du quartz.