Brevet FR2549296A1 — publié le 19850118

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pile solaire et plus particulièrement un procédé de fabrication d'une pile solaire convenant pour le raccordement séquentiel et en série d'une pluralité d'éléments d'une pile solaire, grâce à la réunion d'une surface de réception de la lumière d'un élément de la pile solaire à une surface arrière de l'élément suivant la pile solaire, grâce à un élément électriquement conducteur. Dans la technique antérieure, l'un des 10 procédés de raccordement en série d'une pluralité d'éléments d'une pile solaire est illustré sur les figures la et lb, annexées sur la présente demande Selon ce procédé tel qu'illustré sur les figures la et lb, les surfaces avant et arrière de chaque élément 10 a, l Ob de la pile solaire sont équijes d'une couche de dépôt de soudure eutectique ou d'une couche de soudure eutectique préliminaire formée par dépôt ou d'une couche de soudure en pâte formée par impression ou analogue Un fil conducteur 16 d'un élément électrique non conducteur, possédant une couche de dépôt formée de soudure 20 eutectique ou analogue, réalisée précédemment sur la surface et coudée pour former une partie étagée, en son centre, est déposée de manière à réunir la surface 12 de réception de la lumière d'une pile solaire 12 a et la surface arrière 14 de l'autre élément l O O b de la pile solaire Ensuite un réseau d'électrodes 18 de l'élément 10 a de la pile solaire et le fil conducteur 16 sont soudés l'un à l'autre dans un four du type à chauffage à résistance, dans une atmosphère de gaz H 2, N 2, Ar ou analogue, et le fil conducteur 16 et le réseau d'électrodes 20 de l'élément l O O b de la pile solaire sont également soudés, et c'est ainsi qu'est obtenu le raccordement des éléments l Oa et l O O b de la pile solaire Selon ce procédé, une durée allant de plusieurs secondes à quelques dizaines de minutes est nécessaire pour faire fondre la soudure (point de fusion supérieur à 183 WC) contenue dans la couche de dé35 pôt de soudure ou analogue formée sur la surface du fil con- ducteur 16 En outre étant donné que le fil conducteur 16 est un organe individuel d'un seul tenant d'une structure coudée de manière à former une partie étagée, une amenée automatique du fil conducteur 16 est difficile et ce procédé ne convenait pas pour une fabrication en grande série En outre étant donné que le matériau du fil conducteur 16 est un alliage de Fe-Ni (Fe-42 Ni), bien que le coefficient de dilatation thermique soit faible, la rigidité est élevée et par conséquent il se posait un problème lié au fait que la contrainte appliquée par le fil conducteur 16 au réseau d'électrodes 18 de la surface 12 de réception de la lumière après le raccordement était importante et que ceci entraînait des écaillements et l'apparition de fissures. En outre comme four du type à chauffage 15 à résistance utilisé dans l'atmosphère de H 2, N 2, Ar ou analogue, il est nécessaire d'utiliser un four à bande transporteuse de grandes dimensions et par conséquent il se présentait comme inconvénient le fait que la consommation d'énergie y compris le gaz, l'alimentation en énergie électrique 20 et autre était importante. Un autre procédé de raccordement des éléments d'une pile solaire a été proposé comme cela est illustré sur la figure 2 annexée à la présenite demande Selon ce procédé, on dispose des éléments 10 a et lob d'une pile solai25 re respectivement sur des conducteurs correspondants 24 situés sur un substrat 22, puis on met en place une pellicule 28 comportant une structure conductrice 26 formée par une bande de cuivre, sur laquelle est déposée une soudure, sur les éléments 11 a et lob de la pile solaire, de telle sorte que la 30 structure conductrice 26 soit en contact avec le conducteur 24 et avec le réseau d'électrodes 30 Ensuite on applique une chaleur et une pression à ces parties en contact réciproque de manière à réaliser le soudage. Cependant, conformément à ce procéd*, 35 la capacité calorifique du substrat 22 est importante et, -2549296 étant donné qu'un intervalle de temps considérable est nécessaire pour que la soudure fonde et se solidifie, dil était difficile de raccorder en série les éléments de la pile solaire, à grande vitesse. Un but de la présente invention est de résoudre les inconvénients de l'art antérieur et de fournir un procédé de fabrication d'une pile solaire, selon lequel aucun écaillement ni aucune fissure n'est provoqué dans l'6lectrode de l'élément de la pile solaire, et selon lequel il 10 est possible de réaliser le raccordement en série à grande vitesse d'une pluralité d'éléments d'une pile solaire. La présente invention visant à atteindre l'objectif mentionné plus haut apporte des perfectionnements à un procédé de fabrication d'une pile solaire, selon lequel 15 une pluralité d'éléments de la pile solaire sont disposés à distance les uns des autres, chaque élément possédant une surface de réception de la lumière et une surface arrière, munies respectivement de réseaux d'électrodes, tandis que la surface de réception de la lumière de chaque élément de la pile solaire est raccordée en série au moyen d'un organe électrique non conducteur à la surface arrière de l'élément de la pile solaire situé au voisinage et sur un côté de l'élément précédent de la pile solaire. Conformément à la présente invention, on 25 prépare un couple d'organes flexibles, dont chacun comporte sur l'une de ses surfaces, une pluralité d'éléments conducteurs formés suivant la direction de l'arrangement des éléments de la pile solaire et espacés d'un pas de l'arrangement des éléments de la pile solaire, et une structure de l'élé30 ment conducteur suivant la direction d'arrangement des éléments de la pile solaire est plus étendue quela surface frontale et quelasurface arrière de l'élément de la pile solaire Les deux organes flexibles sont disposés en enserrant entre eux l'ensemble des éléments de la pile solaire de 35 sorte que les éléments conducteurs de chaque 'rgane flexible sont respectivement en visà-vis des surfaces de réception de la lumière ou des surfaces arrière desdits éléments de la pile solaire, et qu'une partie de l'extrémité de l'élément conducteur situé sur le côté de la surface recevant la lumière de chaque élément de la pile solaire est en vis-àvis,moyennant l'interposition d'un espace entre les éléments, d'une partie de l'extrémité de l'élément conducteur situé sur le côté de la surface arrière de l'élément de la pile solaire situé au voisinage et sur un c 6 té de l'élément précé10 dent de la pile solaire Alors chacun des éléments de la pile solaire est enserré par le couple d'organes flexibles, et en outre les deux parties d'extrémité des éléments conducteurs sont placées en contact réciproque intime par suite de la compression des deux organes flexibles, à partir 15 de l'extérieur de ces derniers, en direction de l'espace situé entre les éléments voisins de la pile solaire Un faisceau de lumière-chaleur est dirigé, depuis l'extérieur, en direction du côté de la surface de réceptidn de la lumière et en direction du côté de la surface arrière de chaque 20 élément de la pile solaire de manière à réaliser le soudage du réseau d'électrodes et de l'élément conducteur situé sur le côté de la surface recevant la lumière, et le soudage du réseau d'électrodes et de l'élément conducteur situé sur le côté de la surface arrière, qui ont été 25 placés en contact réciproque,et également pour réaliser le soudage des deux parties de l'extrémité des éléments conducteurs qui ont été placés en contact réciproque dans l'espace compris entre les éléments de la pile solaire, de manière à raccorder ainsi en série les éléments de la pile solaire. 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels: les figures l A et l B, dont il a déjà 35 été fait mention, sont respectivement une vue en perspective et une vue en coupe transversale d'une partie d'une pile solaire illustrant le procédé de l'art antérieur; la figure 2, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe transversale illustrant un autre procédé de l'art antérieur; les figures 3 à 6 sont des vues en coupe transversale illustrant les phases opératoires de fabrication d'une forme de réalisation de la présente invention. Un procédé de fabrication d'une pile 10 solaire selon une forme de réalisation de la présente invention est mis en oeuvre conformément aux phases opératoires illustrées sur les figures 3 à 6. En se référant à la figure 3, on voit que les éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire sont 15 disposés à distance les uns des autres Chacun de ces éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire comporte des réseaux d'électrodes 40 et 42 formés respectivement sur une surface de réception de la lumière et sur une surface Arrière de l'élément, et les réseaux d'électrodes 40 et 42 sont cons20 titués avec une couche de dépôt de soudure eutectique ou une couche de soudure eutectique formée en utilisant la méthode d'immersion ou la méthode à reflux,ou bien avec une couche de soudure en forme de pâte, obtenue au moyen de la méthode d'impression; ensuite on dépose deux pellicules flexibles 25 50 et 52 respectivement sur les deux côtés des éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire Chacune des pellicules flexibles 50 et 52 est constituée par un organe flexible en polyester ou analogue et possède une pluralité d'éléments conducteurs formés sur l'une de ses faces, suivant la direction de 30 l'arrangement ou de l'ensemble des éléments 44 a, 44 b et 44 c, et espacés d'un pas de l'arrangement de ces éléments Chacun des éléments conducteurs est constitué par une structure conductrice 46 (par exemple une couche de dépôt en cuivre) munie d'une couche 48 de dépôt de soudure eutectique réalisée sur 35 la structure conductrice 46, et on donne à cette structure conductrice 46 une étendue supérieure aux surfaces avant et arrière de l'élément suivant la direction de l'arrangement des éléments 44 a, 44 b et 44 c Par exemple l'élément conducteur( 46, 48) de la pellicule flexible 50 s'étend au-delà de la surface correspondante de réception de la lumière de l'élément 44 a suivant une direction s'étendant suivant l'alignement des éléments 44 a, 44 b et 44 c, et par conséquent la partie prolongée est en vis-à-vis de l'espace compris entre deux éléments voisins 44 a et 44 b Les éléments conducteurs de l'autre pellicule flexible 52 sont également formés de la même manière, mais, étant donné que la pellicule flexible 52 est disposée de telle sorte que ses éléments conducteurs sont en vis-à-vis des surfaces arrière des éléments respectifs, la direction d'extension ou de prolongement des struc15 tures d'électrodes 46 (ou des éléments conducteurs) est à l'opposé de celle de la pellicule flexible 50 Lors de la disposition du couple de pellicules 50 et 52 des deux côtés de l'arrangement des éléments de la pile solaire, le positionnement relatif des éléments conducteurs des deux pelli20 cules flexibles 50 et 52 par rapport aux éléments 44 a, 44 b et 44 c est déterminé de la manière suivante Les éléments conducteur des deux pellicules flexibles 50 et 52 sont respectivement en vis-à-vis des surfaces de réception de la lumière 40 et des surfaces arrière 42 des éléments 44 a, 44 b 25 et 44 c, et en outre une partie de l'extrémité ou partie étendue ou prolongée de l'élément conducteur situé sur le côté de la surface de réception de la lumière de l'élément 44 a se trouve dans une relation de vis-à-vis avec une partie d'extrémité ou avec la partie étendue ou prolongée de l'élé30 ment conducteur situé sur le côté de la surface arrière 42 de l'élément 44 b, qui est l'un des éléments voisins de l'élément précédent 44 a Il en résulte que la partie prolongée de l'élément conducteur de la pellicule flexible 50 et la partie prolongée de l'élément conducteur de l'autre pellicule 35 flexible 52 sont dans une relation de vis-à-vis avec inter- position, entre eux, d'un espace situé entre deux éléments voisins 44 a et 44 b. Une fois réalisé le positionnement ou l'alignement des pellicules flexibles 50 et 52 par rapport aux éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire, comme cela a été décrit précédemment, chacun des éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire est enserré par les deux pellicules flexibles 50 et 52 grace à l'utilisation d'une structure de compression 54 constituée par un matériau formé de verre de 10 silice et servant à amener en contact intime le réseau d'électrodes 40 et la couche de dépôt de soudure 48 située sur la structure conductrice 46 de la pellicule flexible 50, et le réseau d'électrodes 42 situé sur la couche de soudure 48 sur la structure conductrice 46 de la pellicule flexible 52. 15 Cette situation est illustrée sur la figure 4. En se référant à nouveau à la figure 4, un faisceau de lumière-chaleur par exemple un faisceau laser YAG ou analogue, est envoyé à une section de tête 58 à partir d'un dispositif de production de lumière-chaleurà haute 20 énergie (non représenté) par l'intermédiaire d'une fibre de verre 56, et le faisceau de lumière-chaleurest focalisé par la section de tête 58 et éclaire la surface de réception de la lumière des éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire Un autre ensemble formé de la section de tête 58 et de 25 la fibre de verre 56 est prévu pour éclairer la surface arrière des éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire. Grace à l'éclairement fourni par le faisceau de lumière-chaleur, la couche de dépôt de soudure 48 située sur la structure conductrice 46 de la pellicule flexible 50 est fondue 30 et le réseau d'électrodes 40 et la structure conductrice 46 sont réunis ensemble De façon similaire, sous l'effet de l'éclairement de la surface arrière de l'élément, le réseau d'électrodes 42 et la structure conductrice 46 située sur la pellicule flexible 52, sont réunis ensemble Dans ce cas, 35 1 ' emplacement éclairé, au niveau duquel la mhaleur est produite, est réglé de manière à être à l'extérieur du point focal et il est préférable que la surface éclairée ne dépasse pas la largeur latérale des pellicules flexibles 50 et 52. En outre, on peut mettre en oeuvre l'opération de soudage à grande vitesse en déplaçant les sections de tête 58, 58 à une vitesse élevée suivant la direction longitudinale des pellicules flexibles 50 et 52 ou en déplaçant la structure 54 de compression en verre de silice à une vitesse élevée suivant la direction longitudinale des pellicules flexibles 10 50 et 52 En outre on n'a noté aucun accroissement de température dans la structure 54 de compression utilisant un verre de silice, lorsque cette structure a été soumise à l'éclairement du faisceau de lumière-chaleur et il a été établi qu'une combinaison du faisceau laser YAG et du maté15 riau de silice est efficace. En outre, grace à l'utilisation du faisceau laser YAG en tant que faisceau de lumière-chaleur à haute énergie, il est possible de chauffer rapidement et de refroidir rapidement la couche de soudure et ce d'une manière presque instantanément et localement, et il n'existe par conséquent aucun effet nuisible agissant sur les parties périphériques par suite du chauffage, et l'on peut obtenir un soudage satisfaisant. Ci-après, comme illustré sur la figure 5, 25 on utilise une structure de compression 62 formée de silice, qui comporte des parties saillantes 60 en des positions correspondant aux espaces compris entre les éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire, pour comprimer les pellicules flexibles 50 et 52 vers l'intérieur, à partir de l'extéeieur 30 de ces pellicules, vers les espaces situés entre les éléments 44 a, 44 b et 44 c de la pile solaire Par conséquent une partie d'extrémité ou la partie élargie de l'élément conducteur situé sur le côté de la surface de réception de la lumière de chaque élément de la pile solaire est amenée en contact intime avec une partie d'extrémité ou avec la partie pro- longée de l'élément conducteur situé sur le côté de la surface arrière de l'un des éléments voisins de la pile solaire. Ensuite le faisceau de lumière-chaleurest dirigé à partir de la section de tête 58 à travers la structure 62 de compres5 sion formée de silice en direction des espaces compris entre les éléments delapile solaire, et ce de façon séquentielle à une grande vitesse de manière à réaliser le soudage aussi bien des parties d'extrémité que des parties prolongées des éléments conducteurs Par conséquent, comme représenté sur la figure 6, la surface de réception de la lumière de chaque élément de la pile solaire et la surface arrière de l'un des éléments voisins de la pile solaire sont raccordées en série au moyen des éléments conducteurs Ce raccordement en série des éléments de la pile solaire peut être réalisé à des vi15 tessesélevées. Dans la forme de réalisation décrite précédemment, bien que le soudage des parties d'électrodes (les réseaux d'électrodes 40, 42 de l'élément et lee structures conductrices 46, 46 des pellicules flexibles 50, 52) et le 20 soudage des parties de raccordement situées entre les éléments (l'élément conducteur situé sur le côté de la surface de réception de la lumière d'un élément et l'élément conducteur situé sur le côté de la surface arrière de l'élément suivant soient réalisés séparément, il est possible d'effec25 tuer le soudage des parties d'électrodes et des parties de raccordement entre les éléments presque simultanément en déplaçant la section de tête 58 à une vitesse élevée. Conformément à la forme de réalisation déctite précédemment, il est possible d'obtenir les avanta30 ges suivants. (a) Le raccordement entre les réseaux d'électrodes 40, 42 de chaque élément 44 a, 44 b, 44 c de la pile solaire et les pellicules flexibles correspondantes 50, 52 et le raccordement entre les éléments conducteurs servant 35 à raccorder les éléments de la pile solaire pçuvent être réalisés à des vitesses élevées sans entraîner aucun effet nuisible sous l'effet de la chaleur sur la périphérie des réseaux d'électrodes 40, 42, étant donné que les couches de soudure pour ces raccordements peuvent être rapidement 5 chauffées et rapidement refroidies et solidifiées presque instantanément et localement. (b) Etant donné qu'on utilise les pellicules flexibles 50 et 52, la rigidité est faible et par conséquent pendant le processus de raccordement, la contrainte exercée 10 sur les réseaux d'électrodes 40 et 42 est faible et ne produit aucun écaillage ni aucune fissuration. (c) Les éléments conducteurs formés sur la pellicule flexible peuvent être amenés successivement sur les surfaces avant et arrière de chacun des éléments de la pile solaire, et les éléments conducteurs peuvent être soudés à des vitesses élevées Par conséquent, la fabrication en grande série de la pile solaire peut être améliorée à un degré élevé (d) Le gaz constituant l'atmosphère et l'éner20 gie électrique pour un four de grandes dimensions ne sont pas requis et par conséquent les coûts de fabrication peuvent être réduits. Comme cela a été décrit précédemment, dans la présente invention, il est possible de raccorder en 25 série une pluralité d'éléments d'une pile solaire, à une vitesse élevée sans altérer la qualité desdits éléments. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une pile solaire, dans laquelle une pluralité d'éléments de pile solaire ( 44 a, 44 b, 44 c) comportant chacun une surface de récep5 tion de la lumière et une surface arrière,munies respectivement de réseaux d'électrodes ( 40, 42),sont disposés à distance les uns des autres, et dans lequel la surface de réception de la lumière de chaque élement de la pile solaire est raccordé en série, à l'aide d'un élément conducteur ( 46, 48), à 10 la surface arrière de l'élément de la pile solaire, qui est située au voisinage et d'un côté de l'élément précédent de la pile solaire, caractérisé en ce qu'il comprend les phases opératoires consistant: à préparer un couple d'organesflexibles 15 ( 50, 52) dont chacun possède une pluralité d'éléments conducteurs ( 46, 48) qui sont disposés suivant la direction de l'arrangement desdits éléments ( 44 a, 44 b, 44 c) de la pile solaire et sont distants essentiellement d'un pas de l'arrangement des éléments de la pile solaire, chacun desdits élé20 ments conducteurs ( 46, 48) comportant une structure plus large suivant la direction de l'arrangement des éléments de la pile solaire, que la surface de réception de la lumière et que la surface arrière desdits éléments de la pile solaire, à disposer ledit couple d'organes 25 flexibles ( 50,52) respectivement des deux côtés de l'arrangement de la pile solaire de sorte que lesdits éléments conducteurs ( 46, 48) de l'un desdits organes flexibles ( 50, 52) sont respectivement en vis-à-vis des surfaces ( 40) de réception de la lumière desdits éléments ( 44 a, 44 b, 44 c) de la 30 pile solaire et que lesdits éléments conducteurs ( 46, 48) de l'autre desdits organes flexibles ( 50, 52) sont respectivement en vis- à-vis des surfaces arrière ( 42) desdits éléments ( 44 a, 44 b, 44 c) de la pile solaire, et qu'une partie de l'extrémité dudit élément conducteur ( 46, 48) située sur 35 le côté de la surface & 40) de réception de la Lumière de 2549296 2549296 chaque élément ( 44 a, 44 b, 44 c) de la pile solaire est en visà-vis, et à une certaine distance entre lesdits éléments de la pile solaire, d'une partie de l'extrémité dudit élément conducteur ( 46, 48) située sur le côté de la surface arrière 5 ( 42) de l'élément de la pile solaire qui est situé au voisinage et sur un côté de l'élément précédent de la pile solaire, à enserrer chacun desdits éléments ( 44 a, 44 b, 44 c) de la pile solaire à l'aide de deux organes 10 flexibles ( 50, 52) et à comprimer ledit couple d'organes flexibles ( 50, 52) à partir de l'extérieur, dans une position de l'espace compris entre lesdits éléments de la pile solaire de manière à amener les parties d'extrémité desdits éléments conducteurs ( 46, 48; 46, 48) en contact réciproque 15 intime, à diriger un faisceau de lumière-chaleur respectivement sur le côté de la surface de réception de la lumière et sur le côté de la surface arrière de chacun desdits éléments ( 44 a, 44 b, 44 c) de la pile solaire de manière 20 à souder chacun desdits réseaux d'électrodes ( 40, 42) et chacun desdits éléments conducteurs ( 46, 48) et à souder les deux parties de l'extrémité desdits éléments conducteurs ( 46, 48; 46, 48) qui ont été en contact réciproque intime dans l'espace compris entre lesdits éléments de la pile so25 laire de manière à accorder en série lesdits éléments ( 44 a, 44 b, 44 c) de la pile solaire. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couple d'organes flexibles comporte deux -pellicules flexibles ( 50, 52) possédant chacun en 30 tant qu'élément conducteur une structure conductrice ( 46) recouverte par une couche de soudure ( 48). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite phase opératoire de soudage inclut l'irradiation avec un faisceau laser YAG ( 56, 58) per35 mettant de chauffer-presque instantanément lacouche de soudure ( 48), et ce localement sans affecter de façon nuisible la périphérie du point de chauffage 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase opératoire consistant à 5 enserrer et comprimer lesdits éléments de la pile solaire utilise une structure de compression en verre de silice ( 54, 62) pour comprimer ledit couple d'organes flexibles ( 50, 52) à partir de l'extérieur de ces derniers, contre ledit arrangement ( 44 a, 44 b, 44 c) des éléments de la pile 10 solaire. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite structure de compression en verre de silice comporte une partie saillante ( 60), située dans une position correspondant à l'espace entre les élé15 ments de la pile solaire. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit faisceau de lumière-chaleur est déplacé à grande vitesse suivant la direction Longitudinale dudit couple d'organes flexibles. 20