Brevet FR2514565A1 — publié le 19830415

2514565- L'invention concerne les piles solaires, et plus particulièrement des piles solaires présentant un'réseau d'électrodes conductrices et des interconnexions à barres omnibus qui sont appliqués sur la pile solaire en une seule opération de soudage par immersion. Des dispositifs photovoltaiques tels que des piles solaires au silicium s'annoncent comme une alterna- tive valable à la génération d'énergie à partir de combus- tibles fossiles ne se régénérant pas L'énergie de la lumière (photons) arrivant sur la surface d'une pile solaire doit pénétrer dans la pile et être absorbée par cette dernière pour être convertie en un courant électrique Le courant - électrique est conduit par des électrodes jusqu'à des barres omnibus qui sont reliées à des inter-connecteurs reliant de nombreuses piles les unes aux autres pour former un panneau solaire Dans l'art antérieur, des barres omnibus sont parfois fixées directement à la pile solaire par chauffage par induction ou par d'autres moyens de soudage. Des conducteurs aboutissant aux connexions communes sont également parfois soudées ldirectement sur la pile solaire. Ceci a pour inconvénient dé soumettre la pile solaire à une étape de chauffage supplémentaire et à une contrainte thermique supplémentaire Il peut en résulter une détério- ration de la pile solaire Par contre, selon l'invention, les barres omnibus sont fixées par un procédé de soudage par immersion et constituent un moyen pour interconnecter des piles sans soumettre par ailleurs ces dernières à un' chauffage risquant de les détériorer Tout risque de fissuration de la pile solaire est éliminé ou notablement réduit Selon l'invention, les barres omnibus dépassent de la périphérie de la pile solaire et servent donc d'inter-connecteurs pour relier électriquement les piles solaires entre elles, éliminant ainsi le soudage direct sur la pile solaire De plus, la présente invention concerne également un moyen permettant de fixer les barres omnibus et de réaliser une grille conductrice prémétallisée en une seule opération d'immersion dans la soudure. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Ne 3 553 030 et No 4 312 692 décrivent respectivement l'utilisation d'adhésifs pour fixer des composants électriques à des substrats avant le soudage Ces brevets décrivent en général le recouvrement par de la soudure du composant collé De grandes surfaces de substrat sont revêtues d'adhésifs quiem- pêchent la soudure de s'infiltrer au-dessous du composant par capillarité Habituellement, seule la périphérie du composant est fixée directement au substrat Ce type d'adhérence ne réalise pas une liaison mécanique robuste et une bonne connexion électrique. Par contre, la présente invention utilise un adhésif auto-collant à haute température et double face appliqué par points entre le barre omnibus et la surface de la pile solaire Cette application par points laisse un jeu permettant à la soudure de s'écouler par capillarité entre la face inférieure de la barre omnibus et la surface de la pile solaire En pratique, la totalité de la face inférieure de la barre omnibus est reliée mécaniquement et électriquement à la surface de la pile solaire, réalisant ainsi une connexion très robuste L'adhésif auto-collant selon l'invention présente également l'avantage supplémen- taire de ne pas nécessiter une étape séparée de durcisse- ment pour être fixé en position, comme décrit dans le brevet No 3 553 030 précité. L'adhésif haute température selon l'invention résiste à l'attaque par le bain de soudure fondu, et l'appli- cation par deux faces offre une facilité de pose qui n'existe pas dans l'art antérieur. L'invention concerne un procédé de pose de barres omnibus sur une surface de pile solaire, qui comprend les étapes consistant à fixer par points les barres omnibus à la pile solaire et à souder par immersion la pile solaire à laquelle les barres omnibus sont fixées, de manière que la soudure s'écoule entre les barres omnibus et la pile solaire par capillarité La fixation par points laisse un jeu entre les barres omnibus et la surface de la pile solaire pour permettre à la soudure fondue de s'écouler entre elles La liaison réalisée par la soudure entre les barres omnibus et la surface de la pile solaire accroit la robustesse de la liaison mécanique et électrique réalisée entre les barres omnibus et la surface conductrice de la pile solaire. La surface supérieure de la pile peut comporter- une surface conductrice constituant une grille Un réseau en grille prémétallisé est rendu conducteur par l'applica- tion de la soudure qui sert également à fixer, en même temps, les barres omnibus à la pile solaire Les barres omnibus peuvent être fixées par points à la pile solaire au moyen d'un adhésif double face dans la forme préférée de réalisation. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullements limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées confor- mément à l'invention; les figures 2 et 3 sont des coupes transversales à échelle agrandie de la pile solaire au cours d'étapes successives de la technique de fabrication; la figure 4 est une coupe transversale à échelle agrandie d'une variante d'une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées par la mise en oeuvre du procédé de l'invention; la figure 5 est une coupe à échelle agrandie suivant la ligne 5-5 de la figure 1, montrant une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées par le procédé de l'invention; et la figure 6 est une coupe transversale à échelle agrandie de deux piles solaires interconnectées conformément à la présente invention. L'invention concerne donc une pile solaire présentant un réseau particulier d'électrodes et un agence- ment particulier de barres omnibus, ainsi qu'un procédé de fixation du réseau d'électrodes et des barres omnibus à la pile solaire en une seule opération permettant l'inter- connexion de piles solaires, sans refusion de la matière conductrice du courant électrique (par exemple de la sou- dure) qui fixe les barres omnibus à la pile et forme les électrodes de la pile. La figure 1 est une vue de dessus d'une pile solaire dont le réseau d'électrodes et les barres omnibus ont été réalisés conformément à la présente invention Les fi- gures 2 et 3 montrentcomment le réseau d'électrodes est formé. Les figures 4 et 5 montrent l'agencement des barres omnibus. La figure 6 montre l'interconnexion dé deux piles solaires. Sur la figure 2, une tranche 8 de silicium, ayant une région 10 d'un premier type de conductivité, qui peut comprendre du silicium de type P ou de type N, est soumise à une diffusion pour former une région 12 de type de conductivité opposé à celui de la conductivité de la région 10 afin qu'il se forme une jonction semiconductrice autrement désignée jonction P-N (ou N-P) dans la zone de l'interface entre les régions 10 et 12 Les procédés de diffusion et de formation de jonctions sont bien connus de l'homme de l'art En outre, le procédé de l'invention peut être utilisé aussi bien sur des piles du type N/P que sur des piles du type P/N. Comme représenté sur la figure 1, des électrodes 20 (six électrodes étant représentéesschématiquement) sont disposées perpendiculairement à des barres omnibus 30. La surface totale occupée par les électrodes et les barres omnibus est d'abord rendue conductrice et soudable par dépôt d'une couche métallique convenable, par exemple du nickel, ou de toutes autres matières soudables convenables y compris de l'argent et du cuivre Des procédés pour déposer de telles couches métalliques, qui réalisent le contact électrique primaire avec le silicium, sont bien connus de l'homme de l'art. A titre d'exemple, une mince couche 18 de nickel est déposée sans courant électrique Cette couche peut être insuffisamment conductrice pour servir d'électrodes convenables de transport de courant dans la plupart des applications des piles solaires Par conséquent, des secondes couches 20 et 21 formant des électrodes conductrices et constituées d'un métal de conductivité électrique relative- ment élevée, peuvent être formées par immersion dans de la soudure, électrodéposition ou autre Dans une forme préférée de réalisation, la zone de la surface de la pile comprenant au moins l'électrode 18 de nickel est mise en contact avec un fondant de soudure, puis avec de la soudure en fusion pour former une couche 20 constituée de soudure après que les barres omnibus ont été fixées à la surface du nickel. La figure 5 représente en coupe l'agencement d'une barre omnibus Avant l'application de la soudure 20 sur-la pile comme décrit ci-dessus, les barres omnibus 30 sont fixées mécaniquement à une partie 32 du réseau d'électrodes revêtu de nickel Dans cette position fixe, les barres omnibus 30 et le réseau 32 revêtu de nickel situé '4565 au-dessous des barres omnibus sont co-linéaires et forment un intervalle entre eux La barre omnibus 30 est fixée au réseau 32 de nickel par un moyen résistant aux températures élevées Cette résistance aux températures élevées est demandée par le fait que la barre omnibus est fixée au réseau d'électrodes de nickel par une connexion électrique en même temps que la couche 20 d'électrodes est formée. La matière conductrice du courant électrique est habituelle- ment appliquée ou formée à des températures élevées Par exemple, si la matière conductrice du courant électrique est de la soudure 34 comme c'est le cas dans la forme pré- férée de réalisation, les moyens pour fixer les barres omni- bus 30 au réseau 32 d'électrodes de nickel doivent opérer à une température d'environ 2000 C Les barres omnibus 30 peuvent être réalisées en toute matière soudable convenable, bien que les matières préférées soient le cuivre ou un alliage "Invar" revêtu de cuivre. Un procédé préféré pour fixer les barres omnibus au réseau 32 d'électrodes de nickel consiste à coller les barres sur le nickel au moyen d'un ruban auto-collant double face 36 capable d'opérer dans la plage de température de 180 à 220 a C Un ruban de ce type comprend généralement une bande adhésive en polymère acrylique La bande 36 est appliquée sous une pression ferme exercée par intermittence le long des barres omnibus 30 Ces dernières sont ensuite fixées au réseau 32 d'électrodes de nickel à l'aide du ruban 36 La pile peut ensuite être soudée par immersion de manière que la soudure 34 remplisse l'espace formé entre les barres omnibus 30 et le réseau 32 d'électrodes de nickel, en plus de recouvrir le réseau d'électrodes restant afin que la soudure 20 et 34 forme un conducteur continu du point de vue électrique L'espace compris entre les barres omnibus et le nickel peut être rempli par capillarité par la soudure Un exemple de ruban acrylique convenable est le ruban adhésif acrylique "A-10 ISOTAC Type Y-9469 " de la firme 3 M Le ruban ne recouvre qu'une faible zone de la surface des barres omnibus et il subsiste sur la pile une fois qu'elle est achevée Le ruban ne nécessite pas de maturation et il réalise un coussin élastique qui élimine les contraintes internes entre les matières liées ayant des propriétés de dilatation thermique différentes. Une autre conséquence de l'utilisation d'un adhésif acry- lique est qu'il est constitué d'un polymère non corrosif, pratiquement inerte, à faible dégagement gazeux, possédant, de par sa nature, une stabilité et une résistance durables. Les figures 3 et 5 représentent une électrode ohmique et des barres omnibus 40 formées sur la surface inférieure, en même temps que la formation des couches 18 et 20 et les barres omnibus 30 Cependant, étant donné que la surface inférieure n'est pas exposée aux rayons solaires incidents, la couche 22 de nickel peut être une couche continue recouvrant totalement la surface inférieure de la région 10 Les barres omnibus 40 sont fixées à la couche 22 de nickel d'une façon similaire à celle utilisée sur le dessus de la pile Autrement dit, les barres omnibus 40 sont fixées à la couche 22 de nickel au moyen d'un ruban auto-collant double face 26 en polymère acrylique, placé par intermittence le long de ces barres La surface de la couche 22 de nickel est revêtue d'une matière 21 conductrice du courant électrique, par exemple de la soudure, et l'espace compris entre les barres omnibus 40 et la couche 22 de nickel est rempli d'une matière similaire 24 afin que la matière conductrice 21 et 24 forme une couche conti- nue du point de vue électrique. La figure 4 montre une autre forme de réalisation des barres omnibus 30 (seules les barres omnibus supérieures étant représentées) Dans ce cas, les barres peuvent être déformées autour du ruban pour réduire l'épaisseur du dép 8 t de soudure 34 qui s'écoule par capillarité entre les barres omnibus 30 et le réseau 32 d'électrodes de nickel Cette épaisseur réduite de la soudure réalise - cependant une liaison mécanique et électrique robuste. Les barres omnibus 30 de la surface supérieure et les barres omnibus 40 de la surface inférieure de la pile 8 dépassent du bord de cette pile 8 sur une distance suffisante pour permettre l'interconnexion de piles solaires. Ces saillies 28 de la barre omnibus 30 et 42 de la barre omnibus 40 servent d'interconnexion reliant électriquement une pile solaire 8 à des piles solaires adjacentes (voir figure 6) si l'on utilise plus d'une pile solaire pour former un réseau Par conséquent, l'extrémité 28 de la barre omnibus 30 peut être reliée à l'extrémité 42 de la barre omnibus 42 sans provoquer une refusion de la soudure appliquée sur la pile 8. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la pile décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. ,51 456 5 REVENDICATIONS 1 Ensemble à pile solaire, caractérisé en ce qu'il comporte une pile solaire qui présente une surface conductrice, au moins une barre omnibus ( 30) reliée à ladite surface conductrice de la pile solaire, et des moyens pour connecter la barre omnibus à la pile solaire, ces moyens comprenant au moins une partie ( 36) de matière adhésive disposée entre la barre omnibus et la pile solaire et au moins une partie ( 34) de soudure disposée au-dessous de la barre omnibus, à proximité de la matière adhésive. 2 Ensemble à pile solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs points ( 36) d'adhésif sont espacés le long de la pile solaire et en ce que la partie de soudure comprend de la soudure ( 34) disposée entre les points d'adhésif et entre la barre omnibus et la surface conductrice. 3 Ensemble à pile solaire, caractérisé en ce qu'il comporte une pile solaire sur laquelle est disposée unegrille conductrice ( 32), et au moins une barre omnibus ( 30) fixée à la pile solaire au moyen d'une association d'un adhésif et de soudure, cette association comprenant des points d'adhésif ( 36) appliqués entre la barre omnibus et la pile solaire et de la soudure ( 34) disposée entre la barre omnibus et la grille, à proximité des points d'adhésif. 4 Ensemble à cellule solaire, caractérisé en ce qu'il comporte des barres omnibus espacées ( 30) fixées à une pile solaire et en contact électrique avec cette pile par l'intermédiaire de parties ( 34) de soudure appli- quées par immersion, la soudure étant disposée au-dessous des barres omnibus, sensiblement sous la totalité d'une partie des barres omnibus o ces dernières sont en contact électrique avec la pile solaire. Ensemble à pile solaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que les barres omnibus sont également fixées à la pile solaire par des points d'adhésif ( 36). 6 Procédé de fixation d'une barre omnibus à une pile solaire, caractérisé par les étapes qui consistent à fixer par points la barre omnibus ( 30) à une pile solaire prémétallisée, et à souder par immersion la pile solaire prémétallisée à la barre omnibus ainsi fixée, de manière que de la soudure ( 34) s'écoule par capillarité entre la barre omnibus et la pile solaire prémétallisée. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un adhésif ( 36) est utilisé pour fixer par points la barre omnibus à la pile solaire. 8 Procédé de fixation de barres omnibus à une surface d'une pile solaire prémétallisée, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer un adhésif ( 36) sur cer- taines parties des barres omnibus ( 30), lesquelles barres omnibus sont ensuite fixées par de la soudure ( 34) sur la pile solaire prémétallisée. 9 Procédé de fabrication d'un ensemble à pile solaire, caractérisé en ce qu'il consiste à fixer des barres omnibus ( 30, 40) sur des surfaces d'une pile solaire par immersion dans un bain de soudure de cette pile solaire à laquelle les barres omnibus sont fixées de façon provi- soire, chaque barre omnibus s'étendant au-delà de la pile solaire afin de permettre l'interconnexion de cette pile avec d'autres piles solaires. Procédé de fixation d'un réseau en grille et d'au moins une barre omnibus à une surface de pile solaire au moyen d'une seule immersion dans de la soudure, caractérisé en ce qu'il consiste à souder par immersion une pile solaire ayant une grille prémétallisée ( 32) et des barres omnibus ( 30) fixées provisoirement à cette grille.