Brevet FR2488449A1 — publié le 19820212

Dispositif de scellement de cellules photovoltalques sur une plaque de verre L'invention concerne un dispositif de scellement de cellules photovoltaiques sur une plaque de verre. Un tel dispositif est notamment applicable à la fabrication de modules de cellules solaires, lorsque cette fabrication comporte le scellement de cellules photovoltalques sur une plaque de verre "avant" c'est-à-dire à travers laquelle la lumière doit parvenir aux cellules. Cette plaque a alors un rôle de protection chimique et mécanique. Elle est préalablement revêtue, sur sa face arrière, d'une couche de verre de scellement dans les zones devant recevoir les cellules. Ces dernières sont munies, avant le scellement, d'une grille conductrice pour collecter le courant sur leur face avant. Il est nécessaire, notamment pour permettre l'interconnexion électrique automatique des cellules par sérigraphie et impression d'encres conductrices ou isolantes vitrifiables, de réaliser un positionnement précis des cellules sur la plaque avant. La présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif de scellement de cellules photovoltalques sur une plaque de verre permettant d'obtenir facilement un positionnement précis des cellules sur la plaque de verre tout en assurant la qualité du scellement. Elle a pour objet un dispositif de scellement de cellules photovoltalques sur une plaque de verre, caractérisé par le fait qu'il comporte - une platine de positionnement comprenant des zones de réception pour recevoir les cellules avec leur grille conductrice en-dessous, - un four de scellement comprenant une plaque chauffante pour recevoir la plaque de verre de protection "avant" avec des couches de scellement sur sa face supérieure dans des zones devant recevoir les cellules, - un chariot muni de moyens de déplacement et de guidage et d'une plaque d'aspiration comprenant des orifices d'aspiration sur sa face inférieure pour venir au-dessus de la platine de positionnement pour y aspirer les cellules sur la face inférieure de la plaque d'aspiration, pour se déplacer ensuite en transportant les cellules jusqu'au-dessus de la plaque de verre de protection disposée sur la plaque chauffante, pour déposer les cellules sur les couches de scellement de cette plaque de verre, et pour ressortir du four, - et des vérins disposées dans le four de la plaque chauffante de manière à d'abord laisser le passage au chariot, puis à descendre pour appuyer les cellules sur les couches de scellement de la plaque de verre de protection. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après à titre non limitatif, comment 11 invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue d'un module de cellule photovoltaïques susceptible d'être fabriqué à l'aide d'un dispositif selon l'invention, deux cellules de ce module étant représentées en coupe à deux niveaux selon la ligne A-A de la figure 2. La figure 2 représente une vue en perspective coupée d'une cellule du même module. Les figures 3 à 7 représentent des vues en perspective du module de la figure 1 à différentes étapes de sa fabrication. La figure 8 représente une vue en perspective du module terminé, vu à travers la plaque avant transparente. La figure 9 représente une vue en perspective d'un dispositif de scellement selon 11 invention. Les procédés auxquels le dispositif s'applique permettent de former les cellules avec leurs connexions électriques, et de réaliser leur assemblage et leur protection de manière automatique. Ils font une application de techniques telles que la sérigraphie et l'impression de verres de scellement et d'encres contenant des éléments permanents convenables. Pour permettre de bien comprendre les conditions de mise en oeuvre de l'invention, on va d'abord décrire un module (figures 1 et 2), puis un procédé de fabrication de ce module (figures 3 à 8), et enfin seulement le dispositif selon l'invention. Le module représenté sur les figures 1 et 2 comporte des cellules photovoltaiques CP scellées à l'arrière d'une plaque avant PA. Au niveau de chaque cellule on trouve, à partir de cette plaque avant, une couche de verre de scellement AS, sensiblement coextensive à la cellule, une grille conductrice GC dont les intervalles sont remplis par la couche AS, puis le disque de silicium dans lequel une jonction semi-conductrice a été formée pour lui permettre de constituer une cellule photovoltalque, puis le contact arrière CA de cette cellule et enfin une couche de protection arrière PR en verre. Des connexions C0 sont réalisées entre la grille conductrice GC d'une cellule et le contact arrière CA d'une cellule voisine pour les mettre électriquement en série. Le contact entre une telle connexion C0 et la grille GC est réalisé par l'intermédiaire d'un plot conducteur PC déposé contre la face arrière de la plaque avant PA et pénétrant entre la grille conductrice GC et cette plaque Un plot isolant en verre est déposé entre la connexion C0 et la plaque avant PA, sur le bord de la cellule CP dont le contact arrière CA est ainsi connecté de manière à isoler cette connexion CO du bord de cette cellule. La couche de protection arrière PR recouvre l'ensemble et est scellée à la plaque avant PA sur les bords non représentés de celle- ci avec seulement deux passages étanches pour la connexion électrique du module à un circuit extérieur. Les figures 3 à 8 montrent les principales étapes d'un procédé de fabrication d'un tel module. En partant d'une plaque avant en verre PA, ayant un coefficient de dilatation thermique voisin de celui du silicium, ces étapes principales sont les suivantes A - Sur les cellules - Sérigraphie de contact arrière CA (encre conductrice) - Séchage (four à passage) - Sérigraphie d'une couche d'encre dopante sur la face avant - Séchage, pyrolyse et préfrittage - Sérigraphie de la grille conductrice avant GC (encre conductrice) - Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage) B - Sur la plaque avant en verre - Sérigraphie des couches de scellement AS (encre à base de verre (fig.3) - Séchage (four à passage) - Sérigraphie des plots conducteurs PC (encre conductrice) (fig.4) - Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage) C - Formation des cellules et assemblage - Mise en place des cellules sur la plaque avant PA (fig.5) - Chauffage à haute température sous pression pour assurer à la fois la diffusion de l'élément de dopage, le frittage des encres conductrices et le scellement sur la plaque avant - Impression des plots isolants en verre PI (encre à base de verre) (fig.6) - Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage) - Impression des connexions CO entre plots conducteurs PC et contacts arrière CA des cellules (encre conductrice) (fig.7) - Séchage, pyrolyse et pré-frittage (four à passage) - Pulvérisation d'un émail en face arrière pour former la couche PR - Séchage, pyrolyse, frittage. La plaque avant PA peut être constituée par une plaque en verre du type connu sous la marque "Pyrex 732" de 3 à 6 mm d' épaisseur Les cellules CP peuvent être des cellules au silicium monocristallin. Elles présentent la forme de disques de 300 microns d'épaisseur, de 100 mm de diamètre. Elles peuvent être constituées à partir de disques homogènes de type N ou P. L'encre "dopante" utilisée pour la formation de la jonction semi-conductrice interne contient comme élément dopant soit du phosphore ou de l'arsenic pour réaliser un dopage superficiel de type N dans un disque de type P, soit du bore ou de l'aluminium pour réaliser un dopage de type P dans un disque de type N. On peut par exemple partir des disques de type P présentant une résistivité de 0,5 à 1 ohm centimètre, déposer une couche d'encre dopante contenant 2,5 à 5 x 10 8 grammes par centimètre carré de la surface du disque, cet élément étant le phosphore. Le chauffage à haute température destiné à assurer la diffusion de cet élément dure alors 30 à 45 minutes entre 1000 et 11000C. Les encres conductrices utilisées sont à base de poudre d'argent chimique ou éventuellement d'autres métaux et comportent de préférence une faible proportion de verre de l'ordre de 3%. Le verre utilisé pour réaliser les couches de scellement AS peut, dans le cadre de la présente invention, être choisi parmi les verres qui se ramollissent à la haute température nécessaire à la diffusion de l'élément dopant. Ceci permet de choisir un verre présentant des caractéristiques particulièrement bonnes pour assurer un scellement permanent et fiable sur le silicium, ces caractéristiques étant surtout la proximité des coefficients de dilatation thermique et d'élasticité. Cet avantage tient au fait que l'opération de frittage du verre de scellement peut être réalisée en même temps que celle de diffusion, alors que, si cette opération de frittage avait du être réalisée après l'opération de diffusion, la nécessité de ne pas altérer les propriétés photovoltalques des cellules aurait obligé à choisir un verre se ramollissant à basse température. Les opérations de séchage peuvent être faites en étuve, pendant 10 minutes à 1500C, pour éliminer les solvants organiques. La pyrolyse peut durer 1 minute à 40o-4500c, pour éliminer les liants organiques, et le pré-frittage, 1 minute à 550-5000C. Le scellement des disques de silicium et la réalisation de la liaison électrique entre la grille conductrice et les plots conducteurs sont obtenus par frittage de l'assemblage plaque de verre-disques de silicium, sous une pression comprise entre 0,25 et 1 Kg/cm2, dans les conditions de température et de durée choisies pour assurer la diffusion de l'élément dopant dans le silicium. Quoiqu'il semble parfois avantageux de réaliser la diffusion de l'élément de dopage en même temps que le frittage des encres conductrices et le scellement sur la plaque de protection "avant", comme précédemment décrit, il doit être compris que le dispositif selon l'invention qui va être maintenant décrit est adapté à réaliser ce scellement même si la diffusion de l'élément de dopage et/ou le frittage des encres conductrices sont réalisés préalablement. Le dispositif de scellement selon l'invention comporte un bâti de support 2 sur lequel sont disposés une platine de positionnement 4, un four de scellement 6 et un chariot 8 monté sur des roulettes 10 pour transporter les cellules photovolta#ques de la platine de positionnement au four. La direction de ce déplacement est la direction "longitudinale" du bâti 2. Une pompe à vide non représentée est mise en communication, par l'intermédiaire d'une vanne non représentée, à des tuyaux souples 12 communiquant avec des orifices d'aspiration 14 débouchant sous une plaque d'aspiration 16 faisant partie du chariot 8, de manière à permettre à ce chariot d'a#spirer des cellules photovoltalques sous cette plaque et de les y maintenir pendant leur transport. Cette même vanne permet de supprimer ensuite cette aspiration pour déposer les cellules dans le four. Une poignée 18 permet de déplacer manuellement le chariot. Elle est disposée à l'arrière du chariot de manière à rester hors du four 6 lorsque les cellules y sont déposées. La platine de positionnement 4 est constituée par une plaque de polyméthacrylate de méthyle transparente sur laquelle ont été gravés des zones de réception et des repères pour permettre de vérifier le positionnement angulaire de cellules photovoltalques disposées manuellement sur ces zones. Cette plaque peut pivoter autour d'un axe horizontal transversal 4a pour faciliter le contrôle visuel du positionnement, mais d'autres moyens seraient évidemment utilisables pour faciliter ce controle. Dans le four 6 les cellules photovoltalques sont déposées sur une plaque de verre de protection "avant" PA, elle-même posée sur une plaque chauffante 20 munie de résistances de chauffage électrique non représentées. Des butées non représentées assurént un positionnement correct de cette plaque de verre, sur la face supérieure de laquelle (future face arrière de cette plaque lorsque le module sera en service) ont été déposées des couches d'encre de verre de scellement AS permettant le scellement des cellules. Un capot 22 thermiquement isolant recouvre le four 6. Sa paroi supérieure porte des vérins 24 constitués par des soufflets métalliques élastiques communiquant, par l'intermédiaire de tuyaux 26 et d'une vanne non représentée, avec une source d'air sous pression. Lorsque les cellules ont été placées sur la plaque de verre PA, la pression appliquée à ces vérins appuie ces cellules sur cette plaque, par l'intermédiaire de patins d'appui 28 qui sont reliés à l'extrémité inférieure du soufflet métallique par l'intermédiaire d'un pion central 30 pour assurer une bonne répartition de la pression sur la cellule. En l'absence de pression les vérins se relèvent suffisamment pour permettre le passage du chariot 8, qui pénètre dans le four à travers une porte 32 basculant autour d'un axe horizontal transversal 34. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de scellement de cellules photovoltalques sur une plaque de verre, caractérisé par le fait qu'il comporte - une platine de positionnement (4) comprenant des zones de réception pour recevoir les cellules avec leur grille conductrice en-dessous, - un four de scellement (6) comprenant une plaque chauffante (20) pour recevoir la plaque de verre de protection "avant" (PA) avec des couches de scellement (AS) sur sa face supérieure dans des zones devant recevoir les cellules, - un chariot (8) muni de moyens de déplacement et de guidage (10) et d'une plaque d'aspiration (16) comprenant des orifices (14) d'aspiration sur sa face inférieure pour venir au-dessus de la platine de positionnement pour y aspirer les cellules sur la face inférieure de la plaque d'aspiration, pour se déplacer ensuite en transportant les cellules jusqu'au-dessus de la plaque de verre de protection (PA) disposée sur la plaque chauffante (20), pour déposer les cellules sur les couches de scellement (AS) de cette plaque de verre, et pour ressortir du four, - et des vérins (24) disposés dans le four (6) au-dessus de la plaque chauffante (20) de manière à d'abord laisser le passage au chariot (8), puis à descendre pour appuyer les cellules sur les couches de $celle ment (AS) de la plaque de verre de protection. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque vérin (24) est muni à l'extrémité inférieure de sa partie mobile d'un patin d'appui (28) pour répartir la pression sur la cellule, ce patin étant appuyé sur la cellule par un pion central (30) qui est fixé à la partie mobile du vérin et autour duquel le patin peut s'incliner. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les vérins sont constitués par des soufflets élastiques (24) communiquant avec une source d'air sous pression. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le chariot (8) est muni de roulettes (10) permettant son déplacement et assurant son guidage sur un bâti de support (2) portant également la platine de positionnement (4) et le four (6). 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le four (6) est muni d'au moins une porte (32) basculant autour d'un axe horizontal supérieur (34) perpendiculaire au déplacement du chariot (8) de manière à laisser le passage sous la poussée du chariot, et à se refermer en l'absence du chariot. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la platine de positionnement (4) est munie de moyens de contrôle de la position angulaire des cellules