Brevet FR2456392A1 — publié le 19801205

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un panneau de photopiles solaires formant une batterie photo-électrique et comportant une pluralité de photopiles raccordées électri queutent entre elles et aboutissant à des connexions de sortie électriques, les photopiles et les raccords électriques étant immergés dans au moins une couche de matière plastique comprise entre deux feuilles rigides dont au moins celle qui est disposée du côté de la face de réception des photopiles est transparente. Les photopiles solaires ont comme application principale la fourniture d'énergie électrique à des dispositifs tels que des balises lumineuses, des balises radioélectriques, terrestres ou maritimes, des réémetteurs de télévision en milieu montagneux, etc. En général, les photopiles solaires électriquement interconnectées sont disposées en batteries se présentant sous forme de panneaux faciles à monter et à utiliser. Il est très important qu un panneau conserve ses qualités dans le temps, ce qui impose que la surface de la photopile, tels que les semi-conducteurs à silicium, reste stable, et pour cela, que les photopiles soient protégées vis-à-vis de 1'atmosphère. Il est donc nécessaire que le panneau reste étanche vis-à-vis notamment de l'air et de l'humidité sous peine de voir tomber le rendement des photopiles, car en pratique, la durée de vie de celles-ci est celle de leur encapsulation. D'autre part, pour disposer d'une puissance électrique intéressante, les panneaux solaires doivent avoir des dimensions suffisantes. Or, le coût des panneaux est élevé et dépend de la valeur du semi-conducteur utilisé, de celle des supports mécaniques, du temps de manipulation consacré à la fabrication du panneau, compte tenu du soin que l'on doit y apporter. Quelques types de panneaux solaires ont déjà fait leur apparition sur le marché. Il se révèle très difficile de réaliser un panneau exempt de bulles ou autres défauts en utilisant seulement deux feuilles thermoplastiques , de polyvinylbutyral, résine la plus largement utilisée pour la constitution de vitrages feuilletés. C'est pourquoi, certains sont réalisés en disposant une batterie de photopiles interconnectées entre deux lames de verre, l'interstice entre les lames et les photopiles étant rempli d'une résine transparente sous forme de sirop qui se fige ultérieurement, par exemple par polymérisation. Les panneaux préparés par cette technique peuvent présenter des défauts d'homogénéité ou des bulles qui s'introduisent au moment de l'injection de la résine. Dans ce cas, de tels panneaux sont considérés comme inutilisables. Cette technique de fabrication demande beaucoup de soins et de temps, et par conséquent elle augmente le cott du watt solaire installé. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un panneau de photopiles solaires du type mentionné au début du présent mémoire, ledit procédé se caractérisant en ce qu'il consiste à enrober au moins la face inférieure et les faces latérales des cellules photo-électriques ainsi que leurs raccordements électriques dans une résine#thermoplastique à l'état de poudre éventuellement plastifiée, laquelle résine en poudre devient transparente après fusion, à disposer les photopiles et leurs connexions ainsi enrobées entre les deux feuilles rigides, et à faire fondre la résine in situ pour réaliser le collage aux photopiles et aux feuilles rigides. Cette résine thermoplastique doit être soudable aux feuilles rigides.L'étanchéité du panneau est assurée par une bande de garde suffisamment large de résine thermoplastique ou bien par l'utilisation d'un joint périphérique surmoulé en un autre matériau. La présente invention concerne également un panneau de photopiles solaires obtenu par ce procédé. L'invention sera à présent décrite en détail à propos de quelques modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue de dessus du panneau de photopiles obtenu par le procédé selon l'invention s La figure 2 est une coupe schématique et à plus grande échelle suivant la ligne Il-Il de la figure 1 t La figure 3 est une variante de panneau réalisé selon l'invention t et La figure 4 illustre une phase de la réalisation du panneau par le procédé selon l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un panneau 1 à l'état terminé et reprisé par le procédé selon l'invention. Ce panneau est constitué de photopiles solaires élémentaires 2 interconnectées électriquement par des languettes conductrices 3 et comportant au moins deux connexions telles que 4 pour la liaison avec l'extérieur. Conformément au procédé selon l'invention qui sera décrit par la suite, les photopiles 2 se trouvent noyées dans une couche 5 de matière thermoplastique transparente. Cette couche est placée entre deux feuilles rigides étanches 6 et 7 dont au moins l'une, la feuille 6, est réalisée en une matière transparente, par exemple en verre, ou en une matière plastique ou vitrocristalline transparente. Avantageusement, les deux feuilles rigides sont en verre. Une variante de réalisation de panneau fabriqué par le procédé selon l'invention est représentée par la figure 3. Cette variante consiste à enfermer la couche 5 entre deux feuilles thermoplastiques souples 8 et 9 soudables respectivement à la matière constitutive de la couche 5 et aux feuilles rigides. Les feuilles 8 et 9 peuvent être réalisées avantageusement avec le même matériau que la couche 5. Avantageusement, on choisit comme matière thermoplastique pour la couche 5 une résine synthétique comme le polyvinylbutyral plastifié. Une telle résine est décrite dans la demande de brevet française n0 77 26495 déposée le 31 Août 1977 par la Demanderesse. Généralement, les plastifiants utilisés sont des esters insolubles dans l'eau,d'acides à plusieurs groupements carboxyliques ou bien d'alcools à plusieurs groupements hydroxyliques. Les plastifiants que l'on peut utiliser sont, par exemple, les dérivés des polyéthylèneglycols comme le di-(éthyl-2-butyrate) de triéthylèneglycol, le dipélargonate de triéthylèneglycol, des adipates comme l'adipate de dihexyle, le dibutoxyéthyladipate, les adipates d'allyle et d'aryle tels qu'indiqués dans la demande de brevet française n0 78 32737 déposée le 21 Novembre 1978 au nom de la Demanderesse, le dibutyl sébaçate L'énumération ci-dessus des plastifiants utilisables avec la résine de polyvinylbutyral n'est pas limitative. L'homme de l'art saura sélectionner le plastifiant le plus convenable parmi tous les produits connus. Les cellules solaires peuvent être en silicium monocristallin ou polycristallin, en tellurure de cadmium, en sulfure de cadmium, q en arséniure de gallium poly ou mono cristallin, en phosphure d'indium, etc... Les languettes de connexion et de sortie sont par exemple en cuivre étamé, en argent, en aluminium, en leurs alliages ou en tout autre composé métallique présentant une bonne conductivité électrique. Des panneaux étanches ont été réalisés par la Demanderesse en utilisant deux feuilles de verre de 3 mut d'épaisseur, de la résine polyvinylbutyral telle que décrite dans la demande de brevet français n0 77 26495 déjà citée, un plastifiant, des photopiles de silicium sous forme de disques de 0,3 mm d'épaisseur et de 57 mut de diamètre. Les connexions sont en cuivre étamé. Le procédé de fabrication des panneaux de photopiles sera à présent décrit à propos des exemples suivants s EXEMPLE 1 Sur une feuille de verre maintenue horizontale, on distribue au travers d'un tamis une couche uniforme d'un mélange de poudres de résine de polyvinylbutyral et de plastifiant constitué par du di-(éthyl-2-butyrate) de triéthylêneglycol à raison de 41 parties en poids de plastifiant pour 100 parties en poids de résine. Ce mélange a été préparé préalablement dans un mélangeur planétaire, du genre pétrin, à température ambiante. 3 La masse volumique apparente du mélange est de 0,2 g/cm L'épaisseur de la couche de résine plastifiée, déposée sur la feuille de verre, est de 5 mut. Les cellules interconnectées du panneau sont disposées sur la couche de poudre plastifiée à l'aide d'un système de prélèvement pneumatique comportant une ventouse pour chaque cellule. Une nouvelle couche de résine plastifiée identique à la précédente est ensuite distribuée sur le stratifié précédent. La couche est aussi uniforme que possible et d'épaisseur 5 mut. Une plaque de verre de 3 mm est posée au-dessus de la dernière couche. Le sandwich ainsi obtenu est alors glissé dans un sac souple 10 par exemple en caoutchouc, dans lequel un vide peut être réalisé à 1'aide d'une tubulure 11 reliée à une pompe à vide non repré sentée, afin d'éliminer les gaz occlus. Le sac est placé dans un autoclave 12. Le vide est réalisé dans le sac à température ambiante pendant une demi-heure environ, puis une surpression de 2 bars est appliquée à l'extérieur du sac en admettant de 1 t air comprimé dans l'autoclave. Le vide est toujours maintenu à l'inté- rieur du sac.On commence alors à augmenter progressivement la température dans l'autoclave à raison d'environ 40C/minute. Lorsque la température atteint IOOOC, la surpression appliquée à l'extérieur du sac est portée en 5 minutes à 10 bars. La température est amenée ensuite à 1400C. L'ensemble est maintenu sous 10 bars et 1400C pendant 30 minutes, temps au bout duquel on refroidit progressivement l'ensemble sous pression. On décomprime l'autre clave, on casse le vide et on récupère le panneau. Le panneau de photopiles solaires ne présente, par transparence, ni bulles ni hétérogénéités. EXEMPLE 2 Un panneau semblable à celui de l'exemple 1 est réalisé avec une teneur en plastifiant di-(éthyl-2-butyrate) de triéthylèneglycol de 20 parties en poids pour 100 parties en poids de résine. La température maximum atteinte dans l'autoclave est de l500C. Le panneau obtenu est exempt de bulles ou dthétérogénéités. EXEMPLE 3 Un panneau est réalisé de la manière décrite dans l'exemple 1 sauf que le plastifiant est de l'adipate de benzyle et d'octyle à raison de 34 parties en poids pour 100 parties en poids de résine. Le panneau obtenu n'a ni bulles ni hétérogénéités. EXEMPLE 4 Sur une feuille de verre réchauffée on colle, par pressage sous les rouleaux d'une calandre, une feuille de résine de polyvinylbutyral d'épaisseur 0,5 mm plastifiée à 41 parties en poids de di-(éthyl-2-butvrate) de triéthylèneglycol pour 100 parties en poids de résine. Sur ce stratifié, on dépose avec le meute dispositif que dans l'exemple 1 les cellules photo-électriques en silicium interconnectées, puis on fait tomber dessus, au travers d'un tamis, un mélange de poudres de résine de polyvinylbutyral et de plastifiant di-(éthyl-2-butyrate) de triéthylèneglycol, constitué à raison de 41 parties en poids de plastifiant pour 100 parties en poids de résine, sous forme d'une couche de 3 mut d'épaisseur. Une feuille de verre est posée sur la couche de résine de polyvinylbutyral.L'ensemble est ensuite mis dans un sac souple et traité en autoclave comme dans l'exemple 1. Ainsi que pour les exemples précédents, le panneau, vu par transparence, ne présente ni bulles ni hétérogénéités. EXEMPLE 5 On recouvre l'une des feuilles rigides transparentes avec une couche d'un mélange à l'état de poudre de matière thermoplastique d'enrobage et de plastifiant, puis on dépose et on enfonce les photopiles interconnectées dans cette couche jusqu'à ce que leur surface supérieure arrive en dessous du niveau de la surface supérieure de la couche. On pose alors la seconde feuille rigide transparente directement sur les photopiles sans rajouter une seconde couche de matière thermoplastique d'enrobage et de plastifiant. Sous l'action de son propre poids et d'une faible pression, la seconde feuille écrase les monticules de poudre faisant saillie entre les photopiles et les étale pour former une couche d'épaisseur constante. EXEMPLE 6 On procède comme dans 1'exemple 5, mais au lieu d'enfoncer les photopiles dans la couche de poudre, on recouvre la surface supérieure des photopiles avec une feuille de matière thermoplastique plastifiée d'enrobage sur laquelle on dispose la seconde feuille rigide et transparente. EXEMPLE 7 On réalise un panneau ayant une étanchéité améliorée à partir d'un panneau réalisé suivant l'un des exemples 1 à 4. A la périphérie du panneau on recouvre d'un moule les quatre cotés et l'on injecte sous pression dans ce moule une résine de silicone connue sous la marque YRTVW de Thane Poulenc. Dans l'exemple considéré ce moule est en polyméthacrylate de méthyle. Après polymérisation de la résine silicone dans le moule, le joint formé recouvre la tranche du panneau. L'invention envisage également l'utilisation de différents additifs dans la poudre polyvinylbutyral plastifié. De tels additifs comprennent des stabilisants, des antiultraviolets, des modificateurs d'adhérence etc... EXEMPLE 8 Dans cet exemple on dispose sur une première feuille de verre une feuille de polyvinylbutyral de Os5 mm d-'épaisseur plastifié avec 41 parties en poids de di-(éthyl-2-butyrate) de triéthylèneglycol pour 100 parties en poids de résine. On dispose sur cette feuille de polyvinylbutyral les photopiles. On répand entre les photopiles et sur celles-ci une couche de poudre de pol#vinyl- butyral plastifié comme la feuille précédente. On dispose sur la couche de poudre une feuille de polyvinylbutyral plastifie comme la première feuille et de même épaisseur de 0,5 mm. Enfin, on dispose sur cette seconde feuille une feuille de verre. Le panneau ainsi préparé est gainé dans un sac souple et le tout porté dans un autoclave où il est traité comme il est décrit dans l'exemple I. Après extraction du panneau de 11 autoclave et du sac, ledit panneau de photopiles solaires ne présente, par transparence, ni bulles, ni hétérogénéités. EXEMPLE 9 Si l'on doit utiliser des photopiles plus épaisses que les photopiles ordinaires, qu si l'on veut obtenir entre la face supérieure active des photopiles et la feuille supérieure transparente et rigide et après traitement à l'autoclave du panneau, une couche d'épaisseur très égale de polyvinylbutyral, on opère comme suit Sur la première feuille rigide, transparente ou non, on dépose un film de polyvinylbutyral, puis des photopiles interconnectées d'une épaisseur de 0,8 mm. Sur chacune de celles-ci on dépose un cache susceptible d'être retiré facilement après la mise en place du polyvinylbutyral en poudre. Le système de prélèvement pneumatique des photopiles décrit dans exemple 1 peut être laissé en place sur celles-ci pendant l'épandage de la poudre de polyvinylbutyral si un tel système permet cet épandage et peut etre retiré sans perturber la couche. Des essais ont également été faits en disposant sur la face supérieure de chaque photopile un cache constitué d'un disque d'aluminium d'environ 1,5 mm d'épaisseur, et de même surface que celle de la photopile. Chaque disque comporte une tige plus ou moins verticale d'une hauteur suffisante pour dépasser la hauteur que présentera, après sa mise en place, la couche de polyvinylbutyral au-dessus de la face supérieure des photopiles. Après mise en place de cette couche, ltensemble des caches sont retirés au moyen de leurs tiges par tout moyen convenable. Après le dépôt de la poudre entre les cellules et sur les caches et enlèvement de ces derniers, on dispose une nouvelle couche de poudre de polyvinylbutyral qui recouvre les cellules. Puis on dispose la feuille rigide et transparente telle qu'en verre. Le panneau ainsi preparé est, comme dans lte-emple 1, introduit dans un sac souple branché sur le vide, le tout étant porté dans un autoclave pour y subir le traitement de collage à claud et sous pression. La présence préalable des caches permet d'éviter des surépaisseurs de poudre de polyvinylbutyral sur llune ou l'autre des photopiles. De telles surépaisseurs risouernient, lors du traitement à chaud et sous pression dans l'autoclave} d'amener des cassures ou félures des photopiles recouvertes d'une surepaisseur de poudre de polyvinylbutyral par rapport aux autres photopiles. L'invention n'est naturellement pas limitée aux modes de réalisation décrits qui Il'ont été donnés qu'à titre d'exemples. C'est ainsi qu'on peut, après avoir déposé la poudre de polyvinylbutyral et de plastifiant sur la première feuille rigide en verre ou autre, déposer les photopiles et les enfoncer légèrement dans cette première couche de sorte que la partie haute de celle-ci dépasse la surface supérieure ou sensible des photopiles,ll suffit alors de déposer la seconde feuille transparente et rigide sans rajouter une seconde couche de polyvinylbutyral en poudre et de plastifiant. On peut aussi ne pas enfoncer les photopiles dans la première cou#che mais recouvrir la surface sensible ou supérieure de l'ensemble de ces photopiles par une feuille de polyvinylbutyral plastifié et disposer sur celle-ci la seconde feuille rigide et transparente qui, par chauffage et pression collera aux photopiles et à la seconde feuille. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un panneau de photopiles solaires formant une batterie électrique et comportant une pluralité de photopiles électriquement raccordées entre elles et aboutissant à des connexions de sortie électriques immergées dans au moins une matière plastique comprise entre deux feuilles rigides dont u moins celle qui est disposée du côté de la face de réception des photopiles est transparente, caractérisé en ce qu'il consiste à enrober au moins la face inférieure et les faces latérales des cellules photoélectriques ainsi que leurs raccordements électriques dans une résine thermoplastique à ltétat de poudre éventuellement plastifiée, à disposer les photopiles et leurs connexions ainsi enrobées entre les deux feuilles rigides, et à faire fondre la résine in-situ pour réaliser le collage aux photopiles et aux feuilles rigides. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on interpose, entre la couche de matière plastique déposée à l'état de poudre et enrobant les cellules et au moins une des feuilles rigides, au moins une feuille de matière thermoplastique collable à la fois à ladite couche déposée à l'état de poudre et à la feuille rigide. 3.- Procédé selon la revendication 1,- caractérisé en ce que l'on recouvre l'une des feuilles rigides transparentes avec une couche d'un mélange à l'état de poudre de matière thermoplastique d'enrobage et de plastifiant, puis on dépose et on enfonce les photopiles interconnectées dans cette couche jusqu'à ce que leur surface supérieure arrive en dessous du niveau de la surface supérieure de la couche, en ce que l'on pose alors la seconde feuille rigide transparente directement sur les photopiles, sans rajouter une seconde couche de matière thermoplastique et de plastifiant. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recouvre l'une des feuilles rigides transparentes avec une couche d'un mélange à l'état de poudre de matière thermoplastique d'enrobage et de plastifiant, on dépose ensuite les photopiles sur ladite couche sans les y enfoncer, puis on recouvre la surface supérieure des photopiles avec une feuille de matière thermoplastique plastifiée d'enrobage sur laquelle on dispose la seconde feuille rigide et transparente. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une fois l'empilement effectué, on le glisse dans un sac souple dans lequel on réalise un vide afin d'éliminer l'air occlus, en même temps qu'une surpression est appliquée à l'extérieur du sac placé à l'intérieur d'un autoclave, on augmente ensuite progressivement la température et la pression de l'autoclave jusqu'à ramolissement et fusion de la poudre de résine thermoplastique éventuellement plastifiée, puis on refroidit progressivement et on décomprime l'autoclave et on casse le vide. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille rigide disposée du côté de la face de réception des photopiles est une feuille de verre. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique enrobant les cellules et déposé à l'état de poudre est la résine de polyvinylbutyral. 8.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique enrobant les cellules et déposé à l'état de poudre est plastifié. 9.- Panneaux obtenus par l'un des procédés selon l'une des revendications 1 à 8.