Brevet FR2944383A1 — publié le 20101015

STRUCTURE COMPOSITE TRANSPARENTE INTEGRANT UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE La présente invention est relative à la solidarisation d'une cellule photovoltaïque à une feuille de polymère injectable, en particulier transparent tel que polycarbonate. L'injection du polycarbonate est effectuée à une température d'environ 305 °C. io D'autre part une cellule photovoltaïque est par exemple constituée d'une face active fine de silicium solidarisée à une base métallique ou en matière plastique. La cellule photovoltaïque est souple ou rigide. Lorsqu'elle est placée dans un moule d'injection de polycarbonate, on observe souvent un bombage de 15 l'ensemble au cours du refroidissement de 305 °C par exemple, à la température ambiante. Ce bombage est du à la dilatation thermique différentielle de la base et face active de la cellule photovoltaïque d'une part, de la matière injectée d'autre part, et à l'effet du retrait de cette dernière. 20 Les inventeurs se sont donnés pour tâche d'obtenir des produits du type cité précédemment, en en garantissant le maintien de la géométrie plane ou bombée, donnée par le moule d'injection polycarbonate ou équivalent, après refroidissement, l'intégrité de la cellule photovoltaïque au refroidissement et en conditions de vie, et une bonne durabilité. 25 A cet effet, l'invention a pour objet une structure composite comprenant une cellule photovoltaïque en adhésion avec une feuille de polymère injecté, dans laquelle la cellule photovoltaïque présente une face active en adhésion sur une base, caractérisée en ce que la cellule photovoltaïque est continue et sa face opposée à la feuille de polymère injecté est mise en adhésion avec un polymère 30 d'encapsulation de coefficient de dilatation thermique linéaire ne différant pas de plus de 65 % de celui du polymère injecté, de température de fusion minimale lui permettant de résister à l'injection de celui-ci et favorisant l'adhésion avec le polymère injecté, ou en ce que la cellule photovoltaïque est ajourée. La cellule photovoltaïque est dite continue lorsqu'elle présente une surface pleine, sans trou, sans discontinuité. Au contraire, une cellule photovoltaïque ajourée se réfère ici à une surface discontinue, à trou, telle qu'en grille, ou à un ensemble de plusieurs petites cellules non jointives. En limitant ainsi la dilatation différentielle de la cellule photovoltaïque et du polymère injecté lors du refroidissement de celui-ci consécutif à l'injection, on io garantit le maintien de la géométrie finale voulue de l'ensemble, qu'il s'agisse d'une géométrie plane, ou à bombage déterminé. En effet, le retrait du polymère injecté s'accompagne d'un retrait comparable - du polymère d'encapsulation qui amortit, absorbe un éventuel retrait différentiel de la cellule photovoltaïque, ou 15 - de la cellule photovoltaïque quand elle ajourée. Dans ce dernier cas, un polymère d'encapsulation peut ne pas être employé, et la cellule simplement collée au polymère injecté, mais un tel emploi de polymère d'encapsulation pour une cellule ajourée û comme pour une cellule continue û ne sort pas du cadre de l'invention. 20 Dans une réalisation particulière, la face de la cellule photovoltaïque orientée vers la feuille de polymère injecté est également mise en adhésion avec un polymère d'encapsulation tel que défini précédemment par ses caractéristiques de dilatation thermique et température de fusion minimale. Le polymère d'encapsulation est alors susceptible de constituer une enveloppe 25 amortissante û de dilatation thermique différentielle û intégrale de la cellule photovoltaïque. Les polymères d'encapsulation en adhésion avec les deux faces de la cellule peuvent alors être identiques ou différents, pourvu qu'ils satisfassent les critères définis ci-dessus. 30 Cette réalisation particulière est préconisée dans le cas d'une cellule photovoltaïque continue, notamment rigide, dont la mise en adhésion au polymère d'encapsulation de la seule face opposée à la feuille de polymère injecté peut ne pas suffire dans certains cas, à amortir le retrait différentiel de la cellule et éviter un écart par rapport à la forme finale voulue pour l'ensemble obtenu. La base de la cellule photovoltaïque peut - être distincte du polymère d'encapsulation, ou au contraire - en constituer une partie au moins, la face active de la cellule étant alors déposée directement sur le polymère d'encapsulation. Un exemple d'une telle base est une feuille de polyimide d'épaisseur comprise entre 13 et 125, de préférence 20 et 30 pm. De préférence, la feuille de polymère injecté est en polycarbonate ou io équivalent et d'épaisseur comprise entre 2 et 10 mm, en particulier au plus égale à 7 mm. La base de la cellule photovoltaïque peut être métallique ou équivalent, éventuellement ajourée et d'épaisseur comprise entre 25 et 500 pm, de préférence entre 75 et 250 pm, ou polymère tel que polyimide d'épaisseur 15 comprise entre 13 et 125 pm. Des exemples en sont une base de cellule en acier - souple de 25 à 200, de préférence 100 à 150 pm d'épaisseur, ou - rigide de 100 ù 500, de préférence 175 à 225 pm d'épaisseur. La face active de la cellule photovoltaïque peut être constituée d'une feuille de Si amorphe d'épaisseur comprise entre 20 et 200 pm et associée par exemple 20 à une base métallique souple ou polymère, ou d'une feuille de Si cristallin d'épaisseur comprise entre 100 et 300 pm et associée par exemple à une base métallique rigide, ou encore d'une couche mince de type CIGS (CulnGaSe) ou CdTe associée à une base souple ou rigide polymère, métallique ... Le polymère d'encapsulation est de préférence constitué d'une feuille de 25 polycarbonate, polyimide, poly(téréphtalate d'éthylène), polypropylène, polyéthylène, polyuréthane ou équivalent d'épaisseur comprise entre 13 pm et 2 mm, de préférence au plus égale à 500 pm, en adhésion sur une ou deux faces de la cellule photovoltaïque. De manière particulièrement préférée, l'épaisseur de cette feuille est au moins égale à 250 pm, sauf lorsqu'elle constitue la base de la 30 cellule photovoltaïque, dont l'épaisseur est avantageusement au plus égale à 125 pm, notamment comprise entre 20 et 30 pm. Selon d'autres caractéristiques préférées de la structure de l'invention : - le polymère d'encapsulation déborde d'au moins 3 % des côtés de la cellule photovoltaïque ; ainsi dans le cas d'une cellule de Si cristallin de 125 x 125 mm ou 156 x 156 mm avec une tolérance de � 0,5 mm, le débordement serait d'au moins 4,5 mm ; - le polymère injecté ou le polymère d'encapsulation est teinté, à condition d'être positionné derrière la cellule photovoltaïque par rapport au soleil ; cette mesure permet de filtrer le rayonnement solaire à l'intérieur d'un véhicule ou d'un bâtiment sans affecter le rayonnement solaire reçu par la cellule, et de cacher plus ou moins la cellule à la vue des occupants io du véhicule ou du bâtiment ; - la structure est transparente sur une partie au moins de sa surface. Un autre objet de l'invention consiste en un vitrage monolithique, feuilleté, simple ou multiple comportant une structure telle que décrite ci-dessus. Un vitrage multiple désigne un vitrage constitué de plusieurs substrats transparents 15 espacés les uns des autres avec interposition d'une lame d'air ou gaz sec (présence d'un dessicant). Chacun de ces substrats transparents peut être monolithique ou feuilleté. Un vitrage est dit simple s'il ne comporte qu'un tel substrat transparent. Ce dernier, quand il est feuilleté, comporte ladite feuille de polymère injecté 20 reliée par exemple à une feuille de verre ou matière plastique transparente par l'intermédiaire d'un adhésif intercalaire tel que polyvinylbutyral ou polyuréthane. Un autre objet de l'invention est l'application d'un vitrage décrit ci-dessus pour un véhicule de transport terrestre (notamment comme toit de véhicule automobile), aérien ou aquatique, pour le bâtiment, le mobilier urbain (abribus, 25 cabine téléphonique, écran d'affichage ...). L'invention est maintenant illustrée par les exemples suivants se référant aux figures 1 à 6 annexées représentant schématiquement six réalisations de la structure composite de l'invention. Les dimensions relatives des différents éléments constitutifs de cette 30 structure ne sont pas respectées, mais seront explicitées dans la suite si nécessaire. La cellule photovoltaïque de la figure 1 comporte une base 3 d'acier souple de type invar ajourée de 125 pm d'épaisseur, ou alternativement, une base 3 d'acier rigide ajourée de 200 pm d'épaisseur. La face active 2 de la cellule consiste en une feuille de silicium amorphe de 20 à 200 pm d'épaisseur, ou alternativement, en une feuille de silicium cristallin de 100 à 300 pm d'épaisseur, ou encore en un dépôt de couches minces photovoltaïques CIGS ou CdTe ... Une enveloppe amortissante 4 de polyimide englobe la totalité de la cellule photovoltaïque. L'épaisseur de polyimide sur chaque face de la cellule est de io 25 pm. Alternativement pourraient être employées des épaisseurs de 250 à 500 pm de polycarbonate sur chaque face de la cellule. L'enveloppe amortissante déborde de la périphérie de la cellule de 4,5 mm. Contrairement à la représentation de la figure 1, la feuille de polycarbonate 1 de 4 mm d'épaisseur est collée par injection à l'ensemble du côté droit ou 15 gauche sur la figure. Dans l'hypothèse où la structure feuilletée est destinée à un positionnement à droite du soleil comme représenté, le polycarbonate 1 peut être teinté s'il est collé à droite de la cellule sur la figure. Dans le cas inverse, une telle caractéristique limiterait le rayonnement solaire accédant à la face active 2 de la 20 cellule. Dans la figure 2, l'enveloppe amortissante 4 de la figure 1 est remplacée par un simple support polymère 4 collé sur la face active 2. La nature et l'épaisseur du support polymère 4 sont identiques à celles des parties de l'enveloppe amortissante 4 de la figure 1 collées sur chacune des deux faces de 25 la cellule. La base 3 est du type en acier souple mentionné ci-dessus. La face active 2 de la cellule photovoltaïque est du type en silicium amorphe ou couche mince CIGS, Cd Te .... mentionné ci-dessus. La feuille de polycarbonate 1 est collée du côté droit de la cellule par le 30 support polymère 4. Elle peut être teintée. 6 La structure composite de la figure 3 est obtenue en intervertissant le positionnement des constituants 1 et 4 de la figure 2. Le support polymère 4 peut être teinté. Dans les figures 4 à 6, la base 3 de la cellule est une feuille amortissante 4 de polyimide ou polycarbonate identique au support polymère 4 de la figure 2. Dans la figure 4, cette base 3 est associée à une autre feuille de mêmes propriétés, avec laquelle elle forme une enveloppe amortissante 4 similaire à celle de la figure 1. La feuille de polycarbonate 1 est collée par injection du côté droit ou io gauche de la cellule. Elle peut être teintée en cas de positionnement à droite sur la figure 4. Aux figures 5 et 6, la face active 2 de la cellule est collée à la feuille de polycarbonate 1 par la base polyimide ou polycarbonate 3, 4. La feuille de polycarbonate 1, respectivement la base polyimide ou polycarbonate 3, 4 peut 15 être teintée en figures 5, respectivement 6. REVENDICATIONS1 Structure composite comprenant une cellule photovoltaïque en adhésion avec une feuille de polymère injecté (1), dans laquelle la cellule photovoltaïque présente une face active (2) en adhésion sur une base (3), caractérisée en ce que la cellule photovoltaïque est continue et sa face opposée à la feuille de polymère injecté (1) est mise en adhésion avec un polymère d'encapsulation (4) de coefficient de dilatation thermique linéaire io ne différant pas de plus de 65 % de celui du polymère injecté (1), et de température de fusion minimale lui permettant de résister à l'injection de celui-ci, et favorisant l'adhésion avec le polymère injecté (1), ou en ce que la cellule photovoltaïque est ajourée. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face de la 15 cellule photovoltaïque orientée vers la feuille de polymère injecté (1) est également mise en adhésion avec un polymère d'encapsulation (4). 3. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la base (3) est distincte du polymère d'encapsulation (4). 4. Structure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la 20 base (3) constitue une partie au moins du polymère d'encapsulation (4). 5. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la feuille de polymère injecté (1) est en polycarbonate ou équivalent et d'épaisseur comprise entre 2 et 10 mm, de préférence au plus égale à 7 mm. 25 6. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la base (3) de la cellule photovoltaïque est métallique ou équivalent, éventuellement ajourée et d'épaisseur comprise entre 25 et 500 pm, de préférence entre 75 et 250 pm, ou polymère d'épaisseur comprise entre 13 et 125 pm. 30 7. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face active (2) de la cellule photovoltaïque est constituée d'une feuille de Si amorphe d'épaisseur comprise entre 20 et 200 pm, ou d'unefeuille de Si cristallin d'épaisseur comprise entre 100 et 300 pm, ou d'une couche mince de type CIGS (CulnGaSe) ou CdTe. 8. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère d'encapsulation (4) est constitué d'une feuille de polycarbonate, polyimide, poly(téréphtalate d'éthylène), polypropylène, polyéthylène, polyuréthane ou équivalent d'épaisseur comprise entre 13 pm et 2 mm, de préférence au plus égale à 500 pm, en adhésion sur une ou deux faces de la cellule photovoltaïque. 9. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce io que le polymère d'encapsulation (4) déborde d'au moins 3% des côtés de la cellule photovoltaïque. 10. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère injectable (1) ou le polymère d'encapsulation (4) est teinté, à condition d'être positionné derrière la cellule photovoltaïque par rapport 15 au soleil. 11. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est transparente sur une partie au moins de sa surface. 12. Vitrage monolithique, feuilleté, simple ou multiple comportant une structure selon l'une des revendications précédentes. 20 13. Application d'un vitrage selon la revendication 12 pour un véhicule de transport terrestre, aérien ou aquatique, pour le bâtiment, le mobilier urbain ou extérieur.