Brevet FR3024591A1 — publié le 20160205

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un panneau photovoltaïque, ainsi que le panneau issu de ce procédé. La présente invention entre dans le domaine de la 5 production d'énergie électrique par conversion du rayonnement solaire. Elle concerne plus particulièrement la fabrication de panneaux photovoltaïques encore appelés aussi capteurs ou modules solaires photovoltaïques. De tels panneaux ou capteurs sont des générateurs électriques de courant continu constitués 10 d'un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement et insérées dans un compartiment étanche. Ces panneaux servent de modules de base pour les installations photovoltaïques raccordées ou non à un réseau électrique notamment public de distribution. Ils peuvent 15 délivrer de l'électricité en continu ou la stocker sur un accumulateur ou un condensateur. Les cellules photovoltaïques sont constituées de semiconducteurs, principalement à base de silicium et plus rarement d'autres semi-conducteurs : séléniure de cuivre et séléniure 20 d'indium, tellurure de cadmium, etc. Le silicium utilisé pour les cellules est produit sous forme de barres. Ces barres sont ensuite sciées en fines plaques, en général, de 200 micromètres d'épaisseur et sont appelées usuellement dans le domaine technique considéré, « wafers ». D'ailleurs, dans la suite de 25 la description, pour en faciliter la compréhension, ce terme sera systématiquement utilisé pour désigner ces fines plaques à base de silicium. Après un traitement pour enrichir en éléments dopants (P, As, Sb ou B), on obtient ainsi du silicium semi-conducteur de 30 type P ou N. Les wafers sont ensuite « métallisés ». Des rubans de métal sont incrustés sur chacune des surfaces de ces wafers et reliés à des contacts électriques. Une fois métallisés les wafers sont devenus des cellules photovoltaïques. On distingue les différentes cellules en fonction de la qualité du silicium, 35 c'est à dire monocristallin, polycristallin, amorphe ou de la technologie utilisée, c'est à dire en tandem, organiques, polymères, multifonction ou encore CIGS. Les dimensions des cellules les plus répandues pour ce type de panneaux sont standardisées, car fabriquées à très grande échelle, en général 156 x 156 mm. Par conséquent, il est soit nécessaire de les adapter soit en concevoir de nouvelles pour la fabrication de panneaux photovoltaïques répondant à des besoins particuliers. Le principal inconvénient de la conception de cellules 10 photovoltaïques sur mesure est le coût important d'une telle production. La seconde solution consiste en la découpe des cellules standards à dimensions voulues, par exemple à l'aide de la technologie identifiée sous la marque déposée Laser Micro Jet® 15 développée par la société Synova. Ces cellules, de façon générale, sont très fragiles et doivent être protégées de dommages mécaniques et de l'humidité. L'étape suivante dans la production est l'assemblage des cellules par des connections électriques en parallèle ou en 20 série selon l'intensité ou le voltage désiré. Le tout est disposé sur une plaque et installé dans un cadre étanche. Dans les cas particuliers où les panneaux solaires sont de taille plus réduite, il peut être nécessaire d'emprisonner les cellules dans un polymère liquide gélatineux pour assurer leur 25 immobilisation à l'intérieur du panneau ainsi réalisé. Cette étape est faite manuellement et représente ainsi un coût de main d'oeuvre spécialisée supplémentaire important. Ainsi, la production industrielle de tels panneaux nécessite des investissements et des coûts très importants. 30 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication industrielle permettant une alternative aux solutions mises en oeuvre jusqu'à présent. Ainsi, la présente invention a pour but de pallier les 35 inconvénients de l'état de la technique, en proposant un procédé de fabrication de panneaux photovoltaïques qui consiste en des étapes suivantes : - On dépose un motif métallique sur une carte de circuit imprimé ; - On applique au moins une couche de vernis épargne sur la ladite carte en laissant au moins une zone libre de vernis ; - On applique sur tout ou partie de cette dite couche de vernis épargne un premier masque constitué d'un film polymère ; - On applique sur tout ou partie de ce dit premier masque un second masque également constitué d'un film polymère délimitant au moins tout ou partie un cadre d'implantation d'une cellule photovoltaïque ; - On dépose au moins une cellule photovoltaïque dans ledit cadre d'implantation en faisant concorder au moins une zone de raccordement définie sous ladite cellule photovoltaïque avec au moins une zone de raccordement sur ledit circuit métallique ; - On dépose au moins une languette de jonction s'étendant entre une zone de raccordement sur ledit motif métallique et une zone de raccordement sur une cellule photovoltaïque ; - On effectue une opération de liage. Les avantages découlant de la présente invention consistent en ce que le procédé de fabrication est susceptible d'être mis en oeuvre sur une ligne de fabrication automatisée sans intervention manuelle. Il en résulte un coût de fabrication moindre et une fiabilité de résultat améliorée. De plus, ce procédé selon l'invention permet d'obtenir un panneau photovoltaïque dont les cellules sont parfaitement positionnées et immobilisées évitant tout risque de mise sous contrainte de ces cellules ceci sans qu'il soit utile d'utiliser un polymère de comblement de mise oeuvre délicate.35 Avantageusement, ledit vernis épargne laisse libre un espace particulier le long dudit motif métallique. Préférentiellement, ledit vernis épargne recouvre une zone transversale dudit motif métallique. Selon un mode de réalisation, ledit vernis a une épaisseur égale ou inférieure audit premier masque. Selon un autre mode de réalisation, ledit premier masque a une épaisseur égale ou inférieure audit second masque. Avantageusement, on applique un composé liant ou matériau 10 de liage sur une partie dudit motif métallique, Selon encore un autre mode de réalisation, ladite opération de liage est un brasage. Préférentiellement, ladite cellule est déposée à la fois sur une crème à braser et sur ledit premier masque. 15 Selon encore un autre mode de réalisation, ledit premier masque est constitué de polyamide. Avantageusement, le panneau photovoltaïque comprend : - une carte de circuit imprimé avec un motif métallique ; une couche de vernis épargne sur la ladite carte en 20 laissant au moins une zone libre de vernis ; - un premier masque constitué d'un film polymère disposé sur tout ou partie de cette dite couche de vernis épargne ; - un second masque également constitué d'un film polymère 25 délimitant au moins tout ou partie un cadre d'implantation d'une cellule photovoltaïque disposé sur tout ou partie de ce dit premier masque ; au moins une cellule photovoltaïque disposée dans le cadre d'implantation du second masque faisant concorder 30 au moins une zone de raccordement définie sous la cellule photovoltaïque avec au moins une zone de raccordement sur le circuit ou motif métallique ; une languette de jonction s'étendant entre une zone de raccordement sur le motif métallique et une zone de 35 raccordement sur une cellule photovoltaïque ; une plaque ou feuille de recouvrement en matériau translucide ou transparent ; des moyens d'étanchéité périphérique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 5 ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement une vue de dessus d'un panneau solaire ou face exposée aux rayonnements lumineux, 10 selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement en perspective et éclatement d'un panneau photovoltaïque selon un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, mais 15 correspondant à un second mode de réalisation ; - la figure 4 est une représentation en coupe longitudinale d'un panneau photovoltaïque selon le premier mode de réalisation de la figure 2 ; - la figure 5 représente schématiquement une vue latérale 20 en coupe et longitudinale de l'assemblage d'un panneau photovoltaïque selon un autre mode de réalisation ; - la figure 6 représente schématiquement une vue de dessus d'un détail de l'assemblage d'un panneau photovoltaïque ; la figure 7 est une vue en coupe longitudinale du même 25 détail de l'assemblage d'un panneau photovoltaïque que la figure 6 ; - la figure 8 représente schématiquement une vue de dessus de l'assemblage d'un panneau photovoltaïque ; - la figure 9 représente schématiquement une vue en coupe 30 transversale d'un panneau photovoltaïque en cours de fabrication avant l'opération de liage ; - la figure 10 est une vue similaire à la figure 9 après liage. Tel que représenté dans les différentes figures des 35 dessins ci-joints, la présente invention concerne un panneau photovoltaïque encore appelé capteur ou module solaire photovoltaïque. Tout particulièrement, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un tel panneau photovoltaïque 1. Ainsi, et tel que l'illustrent les figures 1 à 5, ce panneau photovoltaïque 1 comporte une carte de circuit imprimée 2 sur la face supérieure 3 de laquelle au moins est réalisé un motif métallique 4 destiné à contribuer au raccordement électrique d'une ou plusieurs cellules photovoltaïques 5. Le motif métallique 4 peut être constitué de cuivre, d'alliage comportant du cuivre ou de tout autre métal ou alliage de métaux. Préférentiellement, les cellules 5 sont des cellules photovoltaïques de type polycristallin sciées par Laser Micro Jet®. Ce découpage permet d'obtenir des petites cellules avec un taux de court-circuit faible. D'autres techniques de sciage ou de découpe peuvent aussi être utilisées pour l'invention de ce procédé. Il est a noté aussi que l'invention permet d'utiliser des types de cellules ayant une qualité de silicium différente ou de technologie différente. Ces cellules 5 peuvent être montées en parallèle et/ou en série selon l'intensité ou le voltage désiré. Il est aussi possible d'établir une connexion entre chaque cellule pour avoir accès à autant de niveau de tension et obtenir plusieurs branchements de sortie. Cette carte de circuit imprimé 2 peut être une carte généralement utilisée dans le domaine de l'électronique comme support d'un circuit. Toutefois et de manière préférentielle, cette carte de circuit imprimée 2 est en un matériau étanche à l'eau. Selon l'invention, et comme visible sur les figures 6, 7, 9 et 10, on vient appliquer sur cette face 3 de la carte de circuit imprimée 2, au moins une couche de vernis épargne 6 en laissant au moins une zone libre de vernis 7. Une telle zone 7 est, par exemple, susceptible de constituer une zone de raccordement 8 d'une cellule photovoltaïque 5 sur cette carte de circuit imprimé 2 comme cela sera décrit plus en avant. De manière avantageuse, cette couche de vernis épargne 6 est d'épaisseur 9 sensiblement égale à l'épaisseur 10 du motif métallique 4. A noter encore, que de part et d'autre des zones de 5 raccordement 8 sur le motif métallique 4, des espaces 11 peuvent être préservés par le vernis épargne 6 dont l'usage apparaîtra plus en avant dans la description. Selon l'invention encore, on vient appliquer sur toute ou partie de cette couche de vernis épargne 6, un premier masque 10 12 constitué avantageusement, d'un film polymère sur lequel est destiné à reposer, au moins en partie, une cellule photovoltaïque 5. A ce propos, sur ce premier masque 12 est disposé un second masque 14 également sous forme d'un film polymère 15 délimitant au moins toute ou partie d'un cadre d'implantation 15 pour une telle cellule photovoltaïque 5. Très substantiellement et tel que visible dans la figure 8, ce second masque 14 définit une pluralité de cadres d'implantation 15, chacun étant apte à recevoir une cellule 20 photovoltaïque 5 aux dimensions appropriées. Au travers de ce second masque 14, ces cellules photovoltaïques 5 sont parfaitement positionnées au-dessus de la carte de circuit imprimé 2, en particulier, au-dessus des zones de raccordement 8 par l'intermédiaire desquelles lesdites cellules 25 photovoltaïques 5 doivent être raccordées électriquement sur cette carte de circuit imprimé 2, plus particulièrement, sur le motif métallique 4. Les cadres d'implantation 15 s'apparentent à des berceaux d'accueil pour les cellules et évitent ainsi le phénomène « 30 d'ailes de papillon » lorsque les cellules 5 sont fixées sur la carte de circuit 2. La position verticale des cellules 5 est ainsi finement ajustée, ces dernières reposent bien à plat. A noter que lesdites zones de raccordement 8 se décomposent, en réalité, en des premières zones de raccordement 35 8a au niveau desquelles est réalisé plus particulièrement cette connexion des cellules photovoltaïques 5 sur la carte de circuit imprimé 2 et des secondes zones de raccordement 8b pour le raccordement entre des languettes de jonction 16 s'étendant entre le motif métallique 4 et une zone de raccordement 17 sur une cellule photovoltaïque 5. En conséquence, une étape du procédé selon l'invention consiste à déposer une telle languette de jonction 17 entre une zone de raccordement 8b sur le motif métallique 4 et une zone de raccordement 17 sur une cellule photovoltaïque 5. De manière préférentielle, sur le motif métallique 4, une 10 barrière d'écoulement de flux 18 délimite les différentes zones de raccordement 8a, 8b, sur le motif métallique 4. De manière avantageuse, ces barrières d'écoulement de flux 18 ou zones transversales sont réalisées lors de l'application de la couche de vernis épargne 6. L'usage de ces barrières 18 15 apparaîtra plus en avant dans la description. A noter encore que, selon l'invention, sur les zones de raccordement 8a, 8b et celles 17 sur une cellule photovoltaïque 5, est déposé un matériau de liage 19 par exemple constitué de pâte à braser ou équivalent. 20 En particulier, sur les zones de raccordement 8a, ce matériau de liage 19 est déposé avant que ne soit déposées les cellules photovoltaïques dans leur cadre d'implantation respectif 15. De même, sur les zones de raccordement 8b et 17, ce matériau de liage 19 ou composé liant est déposé avant la 25 mise en place d'une languette de jonction 16. Dans une opération suivante du procédé selon l'invention, on réalise le liage proprement dit qui a pour conséquence, la venue en applique des cellules photovoltaïques 5 sur le premier masque 12 qui, comme cela apparaît dans la figure 10, est d'épaisseur 30 13 compensant celle 20 du matériau de liage 19. Cette étape de liage du procédé de l'invention est préférentiellement effectuée par un brasage et le matériau de liage 19 est une pâte à braser. Une soudure (en mode conventionnel) selon un procédé connu de l'homme du métier, un 35 collage à l'aide d'un matériau électriquement conducteur, une fixation d'un autre ordre permettant une connexion électrique ou plus simplement une mise en contact sont aussi possible dans le cadre du procédé de l'invention. Cette pâte de brasage est généralement composée en volume de 50% de flux 190 et 50% d'alliage métallique de brasage. Le flux 190 est un liquide fluidifiant et décapant dont une partie s'évapore pendant le brasage et une autre partie se sépare de l'alliage métallique. L'alliage métallique est généralement composé entre autres de cuivre et/ou d'argent et/ou d'autres métaux ou alliage de métaux. Enfin, le processus de brasage est effectué par transfert thermique et/ou pression mécanique. Le transfert thermique peut être effectué sous un mode de conduction, de convection, de rayonnement ou une combinaison de ces modes de transfert. Au cours de ce processus, une partie du flux 190 se dépose 15 dans les espaces ou zones longitudinales 11 et un lien métallique est ainsi crée entre la cellule 5, le motif 4 et la languette de jonction 16. Quand un brasage est effectué, le lien métallique se rétracte lors de son refroidissement et vient plaquer la 20 cellule 5 dans son berceau résultant ainsi en une fiabilité accrue dans le temps. Comme visible également sur la figure 10, le second masque 14 comporte lui une épaisseur 21 au moins égale préférentiellement supérieure à celle à l'épaisseur 22 d'une 25 cellule photovoltaïque 5. A la suite de cette opération de liage, il est appliqué sur le panneau photovoltaïque 1 une plaque ou un film de recouvrement 23 en matériau translucide, préférentiellement transparent. Ainsi, cette plaque 23 peut être réalisée en un 30 matériau minéral comme du verre ou tout autre matériau synthétique transparent ou translucide. Dans le cadre d'un film de recouvrement 230, celui-ci peut être constituée d'éthylène vinyle acétate, EVA, ou tout autre polymère ou copolymère ayant des propriétés de transparence aux rayons lumineux. De même, 35 toute autre matière transparente au rayonnement lumineux peut être envisagée, comme par exemple le quartz, dans le but par .0 exemple d'obtenir un dispositif sensible aux rayonnements ultra-violets, le corindon, etc... Des moyens d'étanchéité périphériques 24 viennent parfaire ce panneau photovoltaïque 1. Dans le cas d'une plaque de recouvrement 23, de tels moyens d'étanchéité périphériques 24 peuvent être constitués d'un joint en matériau adapté par exemple, d'un joint butyle. Dans le cadre d'un film de recouvrement, celui-ci peut, par soudure périphérique, constituer ces moyens d'étanchéité 10 24. Selon encore une autre particularité de l'invention, sur au moins un des champs d'extrémité 25 de la carte de circuit imprimé 2, sont définis des bornes de raccordement 26, 27 en liaison électrique avec le motif électrique 4 et permettant le 15 raccordement électrique du panneau photovoltaïque 1 ainsi constitué. De manière avantageuse, la carte de circuit imprimé 2 peut accueillir tout ou partie de l'électronique nécessaire au bon fonctionnement du panneau photovoltaïque 1. 20 Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de 25 l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de panneaux photovoltaïques (1) caractérisé en ce que ce procédé consiste en des étapes 5 suivantes : On dépose un motif métallique (4) sur une carte de circuit imprimé (2) ; On applique au moins une couche de vernis épargne (6) sur la ladite carte (2) en laissant au moins une zone 10 libre de vernis (7, 11) ; On applique sur tout ou partie de cette dite couche de vernis épargne (6) un premier masque (12) constitué d'un film polymère ; On applique sur tout ou partie de ce dit premier masque 15 (12) un second masque (14) également constitué d'un film polymère délimitant au moins tout ou partie un cadre d'implantation (15) d'une cellule photovoltaïque (5) ; On dépose au moins une cellule photovoltaïque (5) dans 20 ledit cadre d'implantation (15) en faisant concorder au moins une zone de raccordement (8, 8a) définie sous ladite cellule photovoltaïque (5) avec au moins une zone de raccordement (8, 8a) sur ledit circuit métallique (4) ; 25 On dépose au moins une languette de jonction (16) s'étendant entre une zone de raccordement (8, 8b) sur ledit motif métallique (4) et une zone de raccordement (17) sur ladite cellule photovoltaïque (5) ; On effectue une opération de liage. 30 2. Procédé selon la revendication principale dans lequel ledit vernis épargne (6) laisse libre un espace (11) le long du motif métallique (4). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit vernis épargne (6) recouvre une 35 zone transversale (18) dudit motif métallique (4).,2 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications lequel ledit vernis épargne (6) a une inférieure audit premier masque (12). précédentes dans épaisseur égale ou selon l'une quelconque des revendications lequel ledit premier masque (12) a une inférieure au dit second masque (14). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans épaisseur égale ou 6. Procédé précédentes dans lequel on applique un composé liant (19) sur une partie dudit motif métallique (4), 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite opération de liage est un brasage. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel ladite cellule (5) est déposée à la fois sur une crème à braser et sur 15 ledit premier masque (12). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit premier masque (12) est constitué de polyamide. 10. Panneau photovoltaïque (5) caractérisé en ce qu'il 20 comprend : une carte de circuit imprimé (2) avec un motif métallique (4) ; une couche de vernis épargne (6) sur la ladite carte (2) en laissant au moins une zone libre de vernis (7, 25 11) ; un premier masque (12) constitué d'un film polymère disposé sur tout ou partie de cette dite couche de vernis épargne (6) ; un second masque (14) également constitué d'un film 30 polymère délimitant au moins tout ou partie un cadre d'implantation (15) d'une cellule photovoltaïque (5) disposé sur tout ou partie de ce dit premier masque (12) ; au moins une cellule photovoltaïque (5) disposée dans 35 ledit cadre d'implantation (15) dudit second masque(14) faisant concorder au moins une zone de raccordement (8, 8a) définie sous ladite cellule photovoltaïque (5) avec au moins une zone de raccordement (8, 8a) sur ledit circuit métallique (4) ; une languette de jonction (16) s'étendant entre une zone de raccordement (8, 8b) sur ledit motif métallique (4) et une zone de raccordement (17) sur une cellule photovoltaïque (5) ; une plaque ou feuille de recouvrement (23, 230) en matériau translucide ou transparent ; - des moyens d'étanchéité périphérique (24).