Brevet FR2862427A1 — publié le 20050520

Procédé de fabrication d'un module photovoltaïque et module obtenu Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de fabrication d'un module photovoltaïque comportant un assemblage de cellules photovoltaïques, disposées côte à côte entre des plaques avant et arrière, et un joint de scellement disposé entre les plaques et délimitant un volume intérieur étanche, maintenu à une pression inférieure à la pression atmosphérique, dans lequel sont disposées les cellules photovoltaïques. État de la technique Classiquement, pour fabriquer un module photovoltaïque, des cellules photovoltaïques sont recouvertes d'un réseau d'électrodes et connectées entre elles par soudure de rubans métalliques. L'ensemble ainsi formé est ensuite placé entre deux feuilles de polymère, elles-mêmes enserrées entre deux substrats de verre. L'ensemble est alors chauffé aux environs de 120 C pour ramollir fortement le polymère, le rendre transparent et assurer la cohésion mécanique du module. Ce type de procédé de fabrication implique une large consommation de pâte de soudure à base d'argent et d'aluminium, très coûteuse. De plus, le réseau d'électrodes et/ou les rubans métalliques et/ou les plots de soudure provoquent un large taux d'ombre sur la face avant de la cellule, réduisant ainsi la puissance générée par celle-ci. La soudure elle-même est une opération coûteuse, mécaniquement compliquée, nécessitant le retournement de la cellule et pouvant entraîner des risques non négligeables de casse de la cellule. Afin d'assurer l'étanchéité du module, un joint de scellement non minéral peut être déposé à la périphérie de l'ensemble des cellules ou bien l'espace restant entre les substrats de verre est rempli par une résine organique. Le document W003/038911 décrit un procédé de fabrication d'un module photovoltaïque comportant l'assemblage de cellules photovoltaïques disposées côte à côte entre des plaques avant et arrière. Un joint de scellement minéral, disposé entre les plaques, délimite un volume intérieur étanche à l'intérieur duquel sont disposées toutes les cellules. L'opération de scellement a lieu à une température comprise entre 380 C et 480 C pendant une durée inférieure à 30 minutes. Au cours du scellement, le matériau du joint de scellement se ramollit fortement et rend le volume intérieur au joint de scellement étanche vis-à-vis de l'extérieur, ce qui permet d'éviter toute diffusion d'eau vers l'intérieur du module pendant toute la durée de vie du module. La pression du volume intérieur est de l'ordre d'une atmosphère à la température de scellement. La pression finale, après refroidissement à la température ambiante, est inférieure, de l'ordre de 400millibars. Une dépression vis-à-vis de l'extérieur se forme donc automatiquement à l'intérieur de l'assemblage et entraîne l'application d'une force par les plaques avant et arrière sur les cellules. Cette force assure un contact entre les cellules et des conducteurs de liaison déposés sur les plaques avant et arrière sans qu'il soit nécessaire de disposer de la soudure entre les cellules et les conducteurs de liaison. Cependant, l'application d'une température de l'ordre de 400 C risque de détériorer considérablement la qualité des cellules photovoltaïques actuellement disponibles sur le marché. Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, de simplifier le procédé de fabrication d'un module photovoltaïque, de manière à ce que sa fabrication puisse, de préférence, être réalisée à la température ambiante, tout en diminuant les coûts de fabrication. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le joint de scellement est un o joint organique et la dépression à l'intérieur du volume étanche est formée par aspiration après scellement du module. Selon un développement de l'invention, le procédé comporte une alternance d'étapes d'aspiration et d'étapes de remplissage, avec au moins un gaz neutre, 15 de l'intérieur du volume intérieur étanche, avant une étape finale d'aspiration. Selon un autre développement de l'invention, le procédé comporte le contrôle de l'atmosphère e de la composition de gaz à l'intérieur du volume étanche, en mesurant le taux des gaz oxydants contenus dans les gaz aspirés, l'alternance d'étapes d'aspiration et d'étapes de remplissage étant interrompue lorsque le taux des gaz oxydants est inférieur à une valeur de seuil prédéterminée. L'aspiration est, de préférence, réalisée par l'intermédiaire d'une seringue traversant le joint organique. L'invention a également pour but un module photovoltaïque réalisé par le procédé selon l'invention et comportant un joint organique élastique délimitant le volume intérieur étanche, la pression dans le volume intérieur étanche étant inférieure à la pression atmosphérique. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: o Les figures 1 et 2 illustrent les étapes d'assemblage d'un mode de réalisation particulier d'un procédé de fabrication d'un module photovoltaïque selon l'invention. Les figures 3 et 4 illustrent, en coupe selon l'axe A-A, un mode de réalisation particulier de l'étape d'aspiration d'un procédé de fabrication d'un module photovoltaïque selon la figure 2. La figure 5 représente, sous forme de diagramme, une alternance d'étapes d'aspiration et d'étapes de remplissage d'un mode de réalisation particulier du procédé de fabrication selon l'invention. Les figures 6 et 7 représentent un mode de réalisation particulier d'un module photovoltaïque selon l'invention. La figure 8 illustre un mode de réalisation particulier d'une étape de nettoyage. Description de modes particuliers de réalisation La figure 1 représente l'assemblage de cellules photovoltaïques 1 disposées côte à côte entre des plaques avant 2 et arrière 3 et d'un joint de scellement organique 4. Pour l'assemblage, les plaques 2 et 3 et les cellules photovoltaïques sont maintenues parallèlement. Afin de maintenir les cellules photovoltaïques 1 pendant l'assemblage, celles-ci peuvent être pré-fixées, ainsi que les conducteurs de liaison électriques correspondants, avant assemblage des plaques 2 et 3, sur une des plaques, par exemple sur la plaque arrière 3. Elles peuvent, par exemple être précollées par l'intermédiaire d'une colle organique sans solvant, par exemple par un dérivé de la famille des polyvinyles. Puis, le joint organique 4 peut être déposé sur une des plaques 2 et 3, par exemple sur la plaque avant 2, à la périphérie de l'ensemble des cellules photovoltaïques 1. Ensuite, les plaques avant 2 et arrière 3 sont scellées par l'intermédiaire du joint organique 4, qui peut être de nature thermoplastique, par io exemple de la famille des poly-iso- butylènes. Le joint organique 4 peut être réalisé en tout matériau organique susceptible d'assurer une barrière efficace à l'humidité et aux gaz. Au cours de l'assemblage, comme représenté à la figure 2, l'ensemble est, de préférence, comprimé en appliquant une pression P1 sur les plaques 2 et 3. Ainsi, le joint organique 4 délimite un volume intérieur étanche 5 à l'intérieur duquel sont disposées toutes les cellules photovoltaïques 1. Le joint organique 4 est, de préférence, en poly-iso-butylène, sans solvant. II se rigidifie rapidement pendant l'étape de compression. Au cours de son durcissement, le joint en poly- iso-butylène est réticulé et sa couleur, initialement noir mat, se change en noir brillant, à l'interface avec les plaques 2 et 3, ce qui permet éventuellement de vérifier l'étanchéité. Après durcissement, les caractéristiques mécaniques du joint restent inchangées, bien que le joint conserve une certaine élasticité. L'étape de compression du module permet ainsi de contrôler l'épaisseur du module. Après scellement du module, une étape d'aspiration, réalisée par tout moyen approprié et représentée à la figure 3, permet de créer une dépression dans le volume intérieur étanche 5. L'aspiration (schématisé par des flèches en pointillé) est, par exemple, réalisée par l'intermédiaire d'un outil de perforation, par exemple par l'intermédiaire d'une seringue 6 traversant le joint organique 4 et connectée à un dispositif d'aspiration externe (non-représenté). L'outil de perforation est dimensionné de manière à ce que, lors de son retrait, l'étanchéité ne soit pas perturbée. Sur la figure 3, la seringue 6 est introduite dans le joint organique 4 à proximité d'un coin du module. L'élasticité résiduelle du joint organique permet le rebouchage automatique du petit orifice de pénétration de la seringue lors du retrait de celle-ci. Comme représenté à la figure 4, lors du retrait de la seringue 6, l'application d'une pression P2 sur deux faces perpendiculaires 7a et 7b du joint de part et d'autre de l'orifice de pénétration de la seringue, permet de refermer cet orifice et d'assurer l'étanchéité du joint. Après durcissement du joint organique 4, le volume intérieur étanche 5 est maintenu à une pression sensiblement inférieure à la pression atmosphérique, par exemple à 0,5 bar, ce qui entraîne l'application d'une force par les plaques avant 2 et arrière 3 sur les cellules photovoltaïques 1. Cette force assure un contact entre les cellules et des conducteurs de liaison, assurant les liaisons électriques entre les cellules, sans qu'il soit nécessaire de disposer de soudure entre les cellules et les conducteurs de liaison. Le matériau constituant les conducteurs de liaison peut être à base de cuivre et/ou d'argent ou, de préférence, un alliage d'étain et d'argent, qui assure un bon contact avec les cellules photovoltaïques 1 sous l'action de la force de dépression, sans présenter de risque d'oxydation. L'étanchéité du joint organique 4 est assurée par la force, due à la dépression, exercée sur les plaques avant 2 et arrière 3. La pression peut monter très légèrement avec le temps, soit moins de 1% sur 20 ans, cependant la différence entre les pressions intérieure et extérieure reste suffisante pour assurer le contact électrique des cellules photovoltaïques pendant toute la durée de vie du module. L'épaisseur du joint, déterminée par la force de compression lors du durcissement, reste ensuite constante. Le procédé étant réalisé à température ambiante, il est compatible avec toutes les cellules photovoltaïques, notamment avec des cellules photovoltaïques qui ne supportent pas d'échauffement à une température supérieure à 160 C. Le procédé peut comporter une alternance d'étapes d'aspiration et d'étapes de remplissage de l'intérieur du volume intérieur étanche 5 avec un gaz neutre, par l'intermédiaire de la seringue 6 connectée à une source externe (non-représentée) de gaz neutre, ce qui permet de diminuer la concentration d'oxygène à l'intérieur du volume intérieur étanche 5 et de protéger les cellules et les conducteurs de liaison contre l'oxydation. Le gaz neutre peut être constitué par tout gaz pur ou mixte compatible avec les matériaux des éléments disposés à l'intérieur du volume étanche. Après cette alternance d'étapes, la dépression est créée par une étape finale d'aspiration. Comme représenté à la figure 5, une étape d'aspiration F1 peut être suivie (F2) par la mesure, à la sortie de la seringue, du taux d'oxygène ou d'autres gaz oxydants contenus dans les gaz aspirés. Lorsque que le taux d'oxygène est supérieur à une valeur de seuil prédéterminée O2max (sortie NON de F3), par exemple de 2%, l'intérieur du volume intérieur étanche 5 est rempli avec un gaz neutre lors d'une étape de remplissage F4, suivie par une nouvelle étape d'aspiration F1. Lorsque le taux d'oxygène est inférieur à la valeur de seuil prédéterminée O2max (sortie OUI de F3), l'alternance d'étapes d'aspiration et d'étapes de remplissage est interrompue. Le seuil du taux d'oxygène ou de gaz oxydants, provoquant l'interruption de l'alternance aspiration/remplissage, doit être compatible avec la dépression recherchée et avec un contact suffisant entre les cellules photovoltaïques, par l'intermédiaire des conducteurs correspondants, sans risque de corrosion. Le joint organique 4, notamment lorsqu'il s'agit de poly-iso-butylène, garde une certaine élasticité après durcissement. Comme représenté à la figure 6, un système renforçant 8 peut éventuellement être disposé autour du joint de scellement 4, pour améliorer la solidité du module. Les plaques avant 2 et arrière 3 peuvent toutes deux être en verre. Cependant, la plaque avant 2 du module photovoltaïque est, de préférence, en verre, tandis que la plaque arrière 3 est constituée par une feuille rigide, isolante au moins en surface, en matériau plastique ou en métal, par exemple en aluminium ou en io acier inoxydable traité en surface pour ne pas être conducteur en surface. Une telle feuille permet de protéger les cellules photovoltaïques tout en réduisant nettement (jusqu'à 2 fois) le poids. Le procédé peut, de plus, comporter une étape d'attaque chimique, basique par exemple, de la plaque de verre avant, de manière à rendre rugueuse la face interne 9 de la plaque de verre avant, c'est-à-dire la face orientée vers les cellules photovoltaïques 1, comme représenté à la figure 6. Ainsi, le rayonnement réfléchi par les cellules photovoltaïques 1 est, en partie, récupéré par des réflexions multiples sur les différentes zones de la surface de la plaque avant 2. Le traitement peut être réalisé par une attaque anisotropique du verre, la face externe de la plaque avant 2 étant protégée, de manière à donner une texture à la face interne 9 de la plaque avant 2. Cette technique permet d'obtenir une amélioration du rendement du module photovoltaïque de l'ordre de 1%. On peut également réaliser cette texturation par trempage du verre, après protection de la face externe du verre, par exemple, par une solution basique ou à base d'alcool. Le module photovoltaïque représenté à la figure 7 comporte, de plus, entre les cellules photovoltaïques 1 et la plaque arrière 3 et/ou entre les cellules photovoltaïques 1, une substance 10 destinée à absorber le rayonnement infrarouge et ultraviolet et à émettre un rayonnement dans une bande spectrale visible correspondant sensiblement au maximum de la bande d'absorption des cellules photovoltaïques. La substance 10 comporte, par exemple, du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et/ou un pigment constitué par un composé contenant principalement des oxydes mixtes de terres rares à base de lanthane, d'erbium, de terbium, de néodyme et de praséodyme. Ces oxydes transforment le rayonnement ultraviolet en rayonnement visible ayant une longueur d'onde comprise entre 550 nm et 650 nm. On peut ainsi augmenter le io rendement du module photovoltaïque de 0,4% à 5%. L'absorption du rayonnement infrarouge permet d'abaisser la température de fonctionnement des cellules photovoltaïques. Avantageusement, comme représenté à la figure 8, le procédé comporte, avant dépôt du joint organique 4, une étape de nettoyage des plaques 2 et 3 par tout moyen de nettoyage de surface compatible avec les matériaux utilisés, ce qui permet de créer, à la surface des plaques 2 et 3, des liaisons libres susceptibles de former des liaisons chimiques avec la matière du joint organique 4. A titre d'exemple, pour des plaques en verre, on peut utiliser une composition de nettoyage, ou lessive basique, ayant un pH compris entre 7 et 10. Le module selon l'invention peut être de grandes dimensions, le verre ayant une épaisseur correspondante, sans qu'il soit nécessaire d'y ajouter un cadre. Revendications 1. Procédé de fabrication d'un module photovoltaïque comportant un assemblage de cellules photovoltaïques (1), disposées côte à côte entre des plaques avant (2) et arrière (3), et un joint de scellement (4) disposé entre les plaques (2 et 3) et délimitant un volume intérieur étanche (5), maintenu à une pression inférieure à la pression atmosphérique, dans lequel sont disposées les cellules photovoltaïques (1) , procédé caractérisé en ce que le joint de scellement (4) est un joint organique et en ce que la dépression à l'intérieur du volume intérieur étanche (5) est formée par aspiration après scellement du module. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint de scellement (4) est de nature thermoplastique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint de scellement (4) fait partie de la famille des poly-iso-butylènes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une alternance d'étapes d'aspiration (F1) et d'étapes de remplissage (F4), avec au moins un gaz neutre, de l'intérieur du volume intérieur étanche (5), avant une étape finale d'aspiration. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte le contrôle de l'atmosphère et de la composition de gaz à l'intérieur du volume intérieur étanche (5), en mesurant le taux des gaz oxydants contenus dans les gaz aspirés, l'alternance d'étapes d'aspiration (F1) et d'étapes de remplissage (F4) étant interrompue lorsque le taux des gaz oxydants est inférieur à une valeur de seuil prédéterminée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'aspiration est réalisée par l'intermédiaire d'un outil de perforation traversant le joint organique (4). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'outil de perforation est constitué par une seringue (6). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce o qu'il comporte une étape de compression du module, destinée à contrôler l'épaisseur du module, avant l'étape d'aspiration. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation d'un système renforçant (8) disposé autour du joint 15 de scellement (4). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte, avant dépôt du joint organique (4), le nettoyage des plaques (2, 3) au moyen d'une lessive basique. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, avant assemblage des plaques (2 et 3), les cellules photovoltaïques (1) sont fixées sur une des plaques (3). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, avant assemblage, les cellules sont fixées sur une des plaques (3) par l'intermédiaire d'une colle organique sans solvant. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la colle organique sans solvant est un dérivé de la famille des polyvinyles. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 13, caractérisé en ce 5 que, la plaque avant (2) étant en verre, la plaque arrière (3) est constituée par un verre ou une feuille en matériau plastique ou en métal traité en surface. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 14, caractérisé en ce que, la plaque avant (2) étant en verre, le procédé comporte, avant assemblage, une étape de traitement chimique de la plaque de verre avant (2), de manière à rendre rugueuse une face interne de la plaque de verre avant (2). 16. Module photovoltaïque réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte un joint de scellement (4) organique élastique délimitant le volume intérieur étanche (5), la pression dans le volume intérieur étanche (5) étant inférieure à la pression atmosphérique. 17. Module selon la revendication 16, caractérisé en ce que le module comporte une substance (10) absorbant le rayonnement infrarouge et ultraviolet et émettant un rayonnement dans une bande spectrale visible correspondant sensiblement au maximum de la bande d'absorption des cellules photovoltaïques (1). 18. Module selon la revendication 17, caractérisé en ce que la substance (10) 25 comporte du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou un composé contenant principalement des oxydes mixtes de terres rares.