Brevet FR2515874A1 — publié le 19830506

Procédé d'encapsulation plastique de cellules solaires L'invention concerne un procédé d'encapsulation plastique de cellules solaires. Ce procédé est notamment applicable à la fabrication de modules plats comportant souvent un nombre important de cellules connectées électriquement en série et protégées des intempéries par encapsulation plastique. L'encapsulation plastique est classiquement réalisée par insertion d'un "chapelet" de cellules interconnectées, entre deux feuilles de matière plastique, dont l'une au moins est transparente, ou par coulage de monomères ou de polymères non réticulés liquides, tout autour des cellules, puis par polymérisation ou réticulation du matériau coulé. Les difficultés rencontrées sont nombreuses. Il faut notamment éviter tout chauffage excessif susceptible de détériorer le chapelet de cellules solaires, et aussi de laisser des bulles gazeuses qui compromettraient la tenue du panneau dans le temps. Les précautions qui doivent donc être prises rendent ces procédés coûteux, et difficiles à mettre en oeuvre avec une cadence de production élevée. La présente invention a pour but de diminuer le coût et d'augmenter le débit d'encapsulation de cellules solaires. Elle a pour objet un procédé d'encapsulation plastique de cellules solaires, procédé selon lequel on insère les cellules solaires dans un matériau plastique étanche et transparent au moins sur une face, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes - pose de cellules solaires munies de leurs connexions électriques sur une plaque support électriquement non isolante, - chauffage de la plaque support à une température permettant de fondre une matière plastique d'encapsulation, - poudrage électrostatique pour appliquer une couche d'une matière plastique d'encapsulation sur les cellules solaires munies de leurs connexions, et encapsuler ainsi ces cellules de manière étanche, la matière plastique étant envoyée sous forme de poudre au cours du poudrage électrostatique par au moins un pistolet de poudrage maintenu à un potentiel électrique continu différant d'au moins un kilovolt de celui de la plaque support, et des moyens étant prévus pour empêcher le refroidissement de cette plaque pendant ces poudrages. De préférence les cellules sont encapsulées entre deux couches de matière plastique. Le procédé comporte alors les étapes suivantes - chauffage de la plaque support (2) à une température permettant de fondre des matières plastiques d'encapsulation, - premier poudrage électrostatique pour appliquer sur cette plaque support une première couche (16) d'une première matière plastique d'encapsulation, - pose des cellules solaires (18) munies de leurs connexions électriques sur la première couche d'encapsulation ((16), - mise sous vide de l'enceinte (26) contenant la plaque support (2) revêtue de cette première couche et de ces cellules, pour éviter la présence de bulles entre cette couche et ces cellules, - deuxième #poudrage électrostatique pour appliquer une deuxième couche (20) d'une deuxième matière plastique d'encapsulation sur la première couche (16) et sur les cellules solaires (18) munies de leurs connexion. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, un mode de mise en oeuvre de l'invention. 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. Cette figure représente une vue d'une enceinte utilisée selon la présente invention. Le poudrage électrostatique de résines est une technique connue utilisée pour revêtir des pièces métalliques d'une mince couche de matière plastique. Cette technique consiste à préchauffer la pièce à traiter, puis à la poudrer à l'aide d'un pistolet dont le potentiel est de plusieurs kilovolts différent de celui de la pièce ; la poudre est alors attirée par la pièce, sur laquelle elle fond et forme un dépot uniforme ; une cuisson ultérieure peut être nécessaire. Cette technique connue présente l'avantage de permettre d'obtenir des cadences de production élevées. Elle n'a cependant jamais été envisagée pour l'encapsulation de cellules solaires malgré le besoin généralement ressenti d'augmenter les cadences de production-et d'abaisser le prix de revient des modules formés avec ces cellules. Ceci tient peut être aux raisons suivantes a) l'encapsulation des cellules solaires exige des précautions particulièrement sévères pour éviter les bulles d'air, les défauts d'étanchéité, et la détérioration thermique des cellules ou de leurs connexions. b) le poudrage électrostatique exige des différences de potentiel élevées, de 1 à 100 kV par exemple entre l'objet à poudrer et le pistolet. Des précautions particulières sont à prendre dans le cas des cellules solaires car un champ transversal de 100 V peut les détruire. En fait l'inventeur a trouvé que le procéde de poudrage électrostatique était parfaitement adaptable à l'encapsulation sous réserve d'un contrôle strict de la température et d'un traitement par le vide à une phase convenable du procédé. On va maintenant décrire un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, étape par étape. 1/ On prend une plaque de verre trempé de 3 mm d'épaisseur (verre extra blanc par exemple du type commercialisé sour le nom Sunadex. On traite une face avec un primaire d'adhérence tel que le gamma-glycidyl-oxypropyl-triméthoxy-silane en solution aqueuse ou alcoolique. Cette plaque de verre constitue une plaque support 2. 2/ On introduit la plaque de verre 2 dans la cabine de poudrage (26). Cette cabine comporte des pistolets de poudrage (4) qui sont reliés à un réservoir de poudre extérieur (6) et à une alimentation haute tension (8) appliquant un potentiel négatif de 60 kilovolts à la poudre, la plaque support (2) étant reliée à la masse. Les pistolets sont dirigés vers la plaque support et au-dessus de celle-ci à une distance comprise entre 20 cm et 2 m, de préférence 1 m environ. Ces pistolets créent un jet de poudre à l'aide d'un jet d'air de projection dirigé sur un lit de poudre préalablement fluidisé par d'autres jets d'air. Ils sont par exemple commercialisés par la Société française SAMES. La cabine comporte une tôle (12) destinée à recevoir la plaque support (2) et sous cette tôle des tubes à rayonnement infrarouge (14) permettant de porter et de maintenir la plaque support (2) à une température de 1700C. Cette cabine comporte un dispositif d'aspiration d'air et d'évacuation de poudre (10). De plus, l'enceinte peut être mise sous vide par une pompe (23) et comporte un dispositif mobile de dépose des cellules maintenues par aspiration (22). 3/ On dépose une première couche de matière plastique d'encapsulation (résine époxy) d'une épaisseur pouvant aller jusqu'à 800 microns et éventuellement inférieure suivant la nature des contacts et des interconnexions 4/ Le chapelet de cellules est posé sur le support après translation du dispositif pneumatique de dépose (22). 5/ On met ltenceinte sous vide 6/ On rétablit la pression atmosphérique dans l'enceinte et on dépose une deuxième couche de matière plastique (20) d'une épaisseur de 1 mm. 7/ On fait subir au module un cycle d'autoclave ou un cycle de température et de pression dans un appareil de pressage à membrane en plaçant le module sous une membrane, et en faisant le vide sous la membrane tout en chauffant. Il y a donc application de la pression atmosphérique sur la membrane. On réalise le chauffage par le dessous au moyen des tubes infrarouge (14), par exemple pendant 15 minutes à 1500C. 9/ On fixe sur le pourtour un ruban adhésif en plomb, un joint et un profilé d'aluminium. 10/ On fixe une botte de connexion sur le module pour la sortie des contacts. Il doit être cependant compris que la plaque support pourrait être constituée par une tôle métallique revêtue d'une couche d'accrochage convenable. La tension électrostatique est de préférence comprise entre 50 et 60 kV environ. Comme type de résine à utiliser pour constituer les couches d'encapsulation on peut envisager toute résine solide susceptible d'être réduite en poudre par broyage ou existant déjà dans le commerce sous forme de poudre : résines thermoplastiques (polyéthylène, copolymères de l'éthylène et de l'acétate de vinyle, polypropylène, polyfluorure de vinylidène, polyfluorure de vinyle, polyvinyl butyral), résines thermodurcissables (époxy, polyesters) ou résines ionomères. La résine utilisée pour la couche avant sur la face avant des cellules doit être transparente. Cette couche avant est la première couche d'encapsulation si la plaque support est en verre. C'est la deuxième si la plaque support est métallique. Lorsque l'on encapsule plusieurs cellules, les interconnexions doivent avoir déjà été faites quand on dépose le chapelet de cellules sur la première couche. Ce chapelet de cellules peut avoir été fixé sur un ruban adhésif à base de polyester tel que celui commercialisé sour la marque déposée de "mylar". La température de poudrage peut être choisie plus élevée, par exemple 180 C, dans le cas où les couches et grilles de contact des cellules solaires sont réalisées par sérigraphie de poudre conductrices, au lieu des couches et grilles étamées courantes qui rendent préférables de limiter la température à 1700C environ. Les soudures d'interconnexion des cellules doivent alors pouvoir supporter cette température plus élevée, qui élargit un peu le choix des résines possibles. Par ailleurs le maintien de la plaque support à la température convenable peut être réalisé en la munissant d'un bloc de grande inertie thermique préalablement chauffé. Après sortie du module de l'enceinte il semble préférable de placer sur la deuxième couche d'encapsulation un film de protection constitué par exemple d'un polymère fluoré tel que celui qui est commercialisé sous la marque Tedlar par la firme Dupont de Nemours. Il semble encore préférable de lui faire alors subir une postcuisson. Pour cela le module est réintroduit dans l'enceinte 26 et l'on amène sur celui-ci une membrane insérée dans un boîtier que l'on fait glisser sur un rail de telle sorte que le module se trouve isolé de manière étanche du reste de l'enceinte. Le module étant alors soumis au cycle d'opérations suivant - dégazage :on fait le vide dans le boitiez et dans l'enceinte, - montée en température, puis application de la pression atmosphérique sur la membrane de manière à chasser les dernières bulles, - maintien de la température jusqu'à fin de la post-cuisson. On trouvera ci-dessous la nomenclature des élements représentés sur la figure.: (2) plaque support (verre ou métal) (4) pistolets de poudrage (6) réservoir à poudre (8) alimentation haute tension (10) aspiration et récupération de la poudre (12) plaque de protection (14) tubes infrarouge (16) première couche (18) chapelet de cellules (20) deuxième couche (22) dispositif mobile de dépose des cellules (23) pompe à vide (24) sortie pour le vide (25) sortie pour le vide (26) cabine de poudrage. (28) membrane (30) bottier (32) rail (3#) vanne de rentrée d'air. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'encapsulation plastique de cellules solaires, procédé selon lequel on insère les cellules solaires (18) dans un matériau plastique étanche et transparent au moins sur une face, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes - pose de cellules solaires (18) munies de leurs connexions électriques sur une plaque support électriquement non isolante, - chauffage de la plaque support (2) à une température permettant de fondre une matière plastique d'encapsulation, - poudrage électrostatique pour appliquer une couche (20) d'une matière plastique d'encapsulation sur les cellules solaires (18) munies de leurs connexions, et encapsuler ainsi ces cellules de manière étanche,la matière plastique étant envoyée sous forme de poudre au cours du poudrage électrostatique par au moins un pistolet de poudrage (4) maintenu à un potentiel électrique continu différent d'au moins un kilovolt de celui de la plaque support, et des moyens (14) étant prévus pour empêcher le refroidissement de cette plaque. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes - chauffage de la plaque support (2) à une température permettant de fondre des matières plastiques d'encapsulation, - premier poudrage électrostatique pour appliquer sur cette plaque support une première couche (16) d'une première matière plastique d'encapsulation, - pose des cellules solaires (18) munies de leurs connexions électriques sur la première couche d'encapsulation (16), - mise sous vide de l'enceinte (26) contenant la plaque support (2) revêtue de cette première couche et de ces cellules, pour éviter la présence de bulles entre cette couche et ces cellules, - deuxième poudrage électrostatique pour appliquer une deuxième couche (20) d'une deuxième matière plastique d'encapsulation sur la première couche (16) et sur les cellules solaires (18) munies de leurs connexion. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la mise sous vide de l'enceinte (26) est effectuée préalablement à la pose des cellules solaires (18), le vide étant ensuite supprimé pour le deuxième poudrage électrostatique, la température étant maintenue sensiblement constante. 4/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la plaque support (2) est constituée d'un verre et est revêtue d'un primaire d'adhérence propre à faciliter l'accrochage de la première matière plastique d'encapsulation. 5/ Proc;édé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la première (16) et la deuxième (20) couches d'encapsulation sont constituées- dtunç même matière plastique. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, une cuisson du module (2, 16, 18, 20) obtenu après poudrage électrostatique. 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'après sortie du module de l'enceinte on applique un film de protection sur le module. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le module subit un cycle de post-cuisson après sa sortie de l'enceinte (26). 9/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que pour réaliser ladite post-cuisson, le module est réintroduit dans l'enceinte (26) et que l'on amène sur celui-ci une membrane (28) insérée dans un bottier (30) que l'on fait glisser sur un rail (32) de telle sorte que 1e module se trouve isolé de manière étanche du reste de l'enceinte (26), le modul#e étant alors soumis au cycle d'opérations suivant - dégazage : on fait le vide dans le bottier et dans l'enceinte, - montée en température, puis application de la pression astmosphérique sur la membrane de manière à chasser les dernières bulles, - maintien de la température jusqu'à fin de la post-cuisson.