Brevet FR2792461A1 — publié le 20001020

GENERATEURS PHOTOVOLTAIQUES A CASCADE LUMINEUSE ET VARIATION DE FLUX ELECTROMAGNETIQUE. La présente invention concerne le domaine de la conversion photovoltaïque. On connaît dans l'état de la technique des générateurs d'électricité comportant des cellules photovoltaïques. Ces cellules sont constitués par des barrières semi-conductrices délivrant un signal électrique fonction de l'intensité lumineuse éclairant leur surface. Divers travaux ont été menés pour améliorer le rendement de telles cellules. Une première série de travaux concerne l'amélioration des cellules elles-mêmes, par la réalisation de cellules mono-cristallines par exemple. Ces améliorations aboutissent à des cellules dont le coût de fabrication est extrêmement élevé. Une autre série de travaux a porté sur l'amélioration des conditions d'éclairement des cellules, notamment par des techniques de conversion du spectre solaire afin d'adapter de façon optimale le rayonnement lumineux agissant sur les cellules, à la courbe de sensibilité de ces cellules. Le brevet américain US4,110,123 décrit par exemple un dispositif de conversion photovoltaïque comportant un support dopé avec des matériaux fluorescents. Le brevet américain US5813238 décrit également un capteur solaire présentant les propriétés fluorescentes durables comportant une matrice polymère, un colorant, et un stabilisateur. La matrice polymère est composée de polycarbonate et le colorant est choisi parmi le groupe consistant essentiellement en thioxanthone, imide de perylene et/ou composés de thioindigoide. Ce brevet propose 2 2792461 également de positionner des éléments réfléchissants de sorte que la lumière du soleil rassemblée puisse être dirigée vers une pile solaire. Le brevet américain US4367367 décrit un collecteur adapté pour concentrer l'énergie solaire sur une cellule photoélectrique cellule comportant au moins un dopant fluorescent. La cellule est fixée sur un bord du collecteur, qui est revêtu par une enduction réfléchissante. Le brevet américain US4395582 décrit également un convertisseur solaire comportant un substrat dopé avec des combinaisons photoactives dénommées " cascades lumineuses ", pour améliorer la qualité du spectre lumineux éclairant les cellules photoélectriques. Le but de l'invention est de proposer un générateur photovoltaïque amélioré, présentant un rendement élevé pour un encombrement faible. A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un générateur photovoltaïque comportant au moins une cellule photovoltaïque et une matrice transparente déposée avec au moins un matériau optiquement actif présentant une longueur d'onde d'absorption Xa et une longueur d'onde de réémission kr, le matériau optiquement actif étant choisi de sorte que ka corresponde à une plage de moindre sensibilité de la cellule photovoltaïque que Xr, la matrice comportant un revêtement réfléchissant, caractérisé en ce que la matrice présente sur la surface d'entrée un filtre dichroique sensiblement réfléchissant les longueurs d'onde supérieures à 950 nm environ, et sensiblement transparent pour les longueurs d'onde inférieures à 950 nm, et sur la surface opposée à la surface d'entrée un revêtement réflecteur pour les longueurs d'onde supérieures à 400 nm, la cellule photovoltaïque étant incluse dans la matrice transparente. 3 2792461 Avantageusement, la matrice est formée par une lame de polyméthacrylate de méthyl dopé avec des cascades lumineuses. De préférence, la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche interférentielle présentant un taux de transmission maximum pour des longueurs d'onde comprises entre 330 et 900 nm et un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde supérieures à 950 nm. Selon un mode de réalisation préféré, la surface opposée à la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche réflectrice diffusante présentant un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde comprises entre 300 et 600 nm, un taux d'absorption important pour des longueurs d'onde de l'ordre de 600 nm et un taux de diffusion important pour des longueurs d'onde d'environ 950 nm. Selon un mode de réalisation particulier, les zones latérales de la matrice sont revêtues d'une couche réflectrice. Selon un mode de réalisation préféré, le générateur selon l'invention comporte une pluralité de cellules photovoltaïques disposées selon des plans sensiblement perpendiculaires à la surface d'entrée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés ou: - la figure unique représente une vue en perspective d'un deuxième exemple de réalisation. La figure unique représente une vue en coupe d'un générateur selon l'invention. Il est constitué par un bloc parallélépipédique (1) formant une matrice en polyméthacrylate de méthyl (PMMA) transparent. Cette matrice (1) est dopée avec des cascades lumineuses, terme 4 2792461 désignant des compositions associant plusieurs matériaux optiquement actifs et présentant un décalage important entre la longueur d'onde d'absorption et la longueur d'onde de réémission. Ces cascades lumineuses ont pour effet d'absorber principalement les longueurs d'onde correspondant aux plages de faible sensibilité des cellules photovoltaïques, et de forte énergie du spectre solaire, et de déplacer l'énergie vers des longueurs d'onde correspondant à des plages de forte sensibilité des cellules photovoltaïques. À titre d'exemple, l'absorption s'effectue entre 360 et 600 nm, et la réémission s'effectue vers 600 nm. La surface d'entrée (2) de la matrice est revêtue d'un filtre interférentiel dichroique réfléchissant les rayonnements de longueur d'onde supérieure à 950 nm, et transparent pour les longueurs d'onde comprises entre 330 nm et 900 nm. La surface opposée (3) ainsi que les faces latérales (4, 5, 6) sont revêtues d'un réflecteur blanc présentant un pic d'absorption vers 600 nm et un pic de réémission vers 950 nm. La matrice (1) comprend par ailleurs une pluralité de cellules photovoltaïques (7) disposés dans des plans (8 à 10) perpendiculaires à la surface d'entrée (2). Les cellules sont encapsulées dans la matrice au moment de la fabrication. Une telle configuration permet d'augmenter l'efficacité du générateur d'un facteur de 11 par rapport à un générateur selon l'état de la technique, présentant une surface d'entrée identique. Le rapport entre la surface d'entrée Si et la surface cumulée S2 des cellules photovoltaïques est de l'ordre de 100. 2792461 Selon une variante, les cellules sont collées sur certaines faces latérales du bloc parallélépipédique. Il peut également être avantageux d'incorporer dans le revêtement de la face opposée à la surface d'illumination un dopant anti-stoke permettant de pomper la lumière dans la bande spectrale 1,4 à 1,6 micromètres et de réémettre dans le visible, par exemple entre 550 et 660 nanomètres. Ce dopant pourra être à titre d'exemple une terre rare, notamment un oxysulfide de terre rare, et plus particulièrement le produit commercialisé sous le nom commercial de "LUMILUX Green UCZ" ou le produit "LUMILUX IR CD 142" de la société RIEDEL de HAEN. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. 6 2792461 REVENDICATIONS 1 - Générateur photovoltaïque comportant au moins une cellule photovoltaïque et une matrice transparente déposée avec au moins un matériau optiquement actif présentant une longueur d'onde d'absorption ka et une longueur d'onde de réémission kr,- le matériau optiquement actif étant choisi de sorte que ka corresponde à une plage de moindre sensibilité de la cellule photovoltaïque que Xr, la matrice comportant un revêtement réfléchissant, caractérisé en ce que la matrice présente sur la surface d'entrée un filtre dichroïque sensiblement réfléchissant les longueurs d'onde supérieures à 950 nm environ, et sensiblement transparent pour les longueurs d'onde inférieures à 950 nm, et sur la surface opposée à la surface d'entrée un revêtement réflecteur pour les longueurs d'onde supérieures à 400 nm, la cellule photovoltaïque étant incluse dans la matrice transparente. 2 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matrice est formée par une lame de polyméthacrylate de méthyl dopé avec des cascades lumineuses. 3 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche interférentielle présente un taux de transmission maximum pour des longueurs d'onde comprises entre 330 et 900 nm et un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde supérieures à 950 nmn. 4 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que la surface 7 2792461 opposée à la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche réflectrice diffusante présentant un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde comprises entre 300 et 600 nm, un taux d'absorption important pour des longueurs d'onde de l'ordre de 600 nm et une réémission diffuse importante pour des longueurs d'onde d'environ 950 nm. Générateur photovoltaique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les zones latérales de la matrice sont revêtues d'une couche réflectrice. 6 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de cellules photovoltaïques disposées selon des plans sensiblement perpendiculaires à la surface d'entrée. 7 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport entre la surface d'entrée Sl et la surface cumulée S2 des cellules photovoltaïques est de l'ordre de 100. 8 - Générateur photovoltaïque selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que la face opposée à la surface d'illumination soit revêtue par un dopant anti-stoke permettant de pomper la lumière dans la bande spectrale 1,4 à 1,6 micromètres et de réémettre dans le visible, par exemple entre 550 et 660 nanomètres.