Brevet FR3044164A1 — publié le 20170526

Support perfectionné de cellule photovoltaïque, pour tester ladite cellule Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des cellules photovoltaïques, notamment destinées pour des panneaux solaires, et leur fabrication. On entend ci-après par « cellule photovoltaïque » aussi bien une cellule fabriquée, complète, que certains composants de la cellule à des étapes intermédiaires de sa fabrication (par exemple une couche photovoltaïque active déposée sur substrat, mais non recouverte encore par d'autres couches). Etat de la technique Pour une caractérisation fine à différentes étapes du procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque, la cellule est étudiée à des échelles microscopiques à l'aide de différents moyens de mesures optiques et électriques. Il convient alors de positionner la cellule avec une grande précision géométrique, et en particulier de la placer sur un support plan et rigide, et ce notamment pour une cellule de plusieurs centimètres carrés. Il convient également de procurer des contacts électriques commodes pour ces tests. Il n'existe pas aujourd'hui de support rigide connu, assurant une précision requise, de position de la cellule pour les tests de caractérisation. La présente invention vient améliorer cette situation. Présentation de l'invention L'invention propose à cet effet un support de cellule photovoltaïque pour tester ladite cellule par des mesures optiques et/ou électriques. En particulier, le dispositif comporte une surface d'accueil de la cellule, comprenant - - des zones de contact mécanique avec une face arrière de la cellule, maintenant la cellule parallèle à la surface d'accueil, et - des zones de contact électrique formant des pistes électriques sur la surface d'accueil, connectables à la cellule. Avantageusement, les zones de contact mécanique assurent une stabilité et une bonne position de la cellule par rapport à un axe de mesure optique par exemple, notamment en 3044164 2 perpendicularité. En outre, cette perpendicularité est maintenue au micron près notamment en cas de déplacement de la cellule dans le plan X,Y, l'axe Z étant celui de la mesure optique. Une telle propriété est avantageuse notamment dans le cas d'une étude d'homogénéité (d'épaisseur, de composition, ou autre) d'une ou plusieurs couches constituant la cellule, dans 5 le plan X,Y. En outre, les zones de contact électrique peuvent être opérationnelles sans perturber le contact mécanique, comme on le verra dans les modes de réalisation présentés ci-après. Dans une forme de réalisation, le support comporte au moins trois plots de même hauteur pour 10 le contact mécanique, et des pistes électriques de hauteur inférieure à la hauteur des plots pour le contact électrique. Ainsi, la cellule peut être disposée sur les plots, tandis que les contacts électriques s'effectuent via des connexions filaires ou des doigts conducteurs. Avantageusement, les plots délimitent une zone de fixation de la cellule sur le support, sur 15 laquelle il peut être prévu de la colle par exemple, ou tout autre moyen d'immobilisation de la cellule. Par exemple, les plots peuvent être réalisés dans un matériau de type résine photosensible. Leur hauteur peut être de quelques dizaines de microns. Le procédé de réalisation de plots dans 20 une telle matière est facile de mise en oeuvre, et permet d'assurer une planéité de précision satisfaisant les applications visées. Dans une réalisation possible, on peut prévoir une ouverture entre les zones de contact mécanique pour un passage de matériau thermo-conducteur destiné à être en contact avec la 25 cellule pour amener cette dernière à une température choisie. A titre d'exemple de réalisation, le support peut être réalisé dans un matériau de type verre, isolant. 30 Les pistes électriques peuvent être réalisées par dépôt de métal (conducteur). Elles peuvent être par exemple d'une épaisseur de quelques centaines de nanomètres, en restant inférieure à la hauteur des plots précités. 3044164 3 Par exemple, le support peut comporter en outre au moins un passage de vis pour une fixation à une machine de test. La présente invention vise aussi un procédé de test d'une cellule photovoltaïque par des 5 mesures optiques et/ou électriques. En particulier, ce procédé comporte une étape de positionnement de la cellule sur une surface d'accueil d'un support de la cellule, ledit support comprenant - - des zones de contact mécanique avec une face arrière de la cellule, maintenant la cellule parallèle à la surface d'accueil, et 10 - des zones de contact électrique formant des pistes électriques sur la surface d'accueil, connectables à la cellule. Dans un exemple de réalisation, pendant ladite étape de positionnement, la cellule peut être collée sur une zone du support, délimitée par les zones de contact mécanique. 15 Avantageusement, dans cette configuration les plots de maintien mécanique sont suffisamment écartés pour permettre l'écoulement de la colle, et ainsi permettre à l'échantillon de reposer sur les plots mécaniques directement. La présente invention propose donc de réaliser un support de tests permettant de remplir tout 20 ou partie des fonctionnalités suivantes : - facilité de manipulation manuelle, - séparation des surfaces de mise en position et fixation, - facilité des connexions électriques, - capacité d'offrir plusieurs connexions possibles, 25 - caractéristiques géométriques et mécaniques, compatibles avec un montage de test optique. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : 30 - la figure 1 illustre un exemple de réalisation du support selon l'invention ; - la figure 2 illustre le support de la figure 1 avec la cellule en place ; - la figure 3 illustre une alternative de réalisation du support de la figure 1 ; 3044164 4 - la figure 4 illustre une forme de réalisation du support de la figure 1 avec une zone de colle pour fixer la cellule sur le support ; - la figure 5 illustre très schématiquement les étapes d'un exemple de procédé d'utilisation d'un support au sens de l'invention. 5 Description détaillée En référence à la figure 1 illustrant un exemple de réalisation, le support de la cellule est constitué d'une plaque de verre 10 (ou tout autre matériau de mêmes caractéristiques principales, de faible coût), sur laquelle des aires de contacts électriques 11 sont déposées et 10 sur laquelle des plots 12 de hauteur calibrée sont disposés. De façon générale, le support n'a pas besoin d'être isolant. En revanche, dans la mesure où différents zones de contact électriques sont réalisées à sa surface, la surface supérieure du support est effectivement isolante. Néanmoins, on peut prévoir alternativement un support métallique, recouvert d'une fine couche isolante libérant des zones formant des pistes de contact électrique. 15 En référence à la figure 2, en positionnant un échantillon ECH, tel qu'une cellule photovoltaïque par exemple, sur les plots et en la connectant aux aires de contact (via les connexions 16), il est possible de créer une liaison électrique entre la cellule et un appareil de mesure tel qu'un voltmètre, ou autre (non représenté). 20 La cellule est également mise en place avec un parallélisme satisfaisant entre le support et la cellule, à l'aide des plots 12, ce qui permet d'assurer ensuite une bonne perpendicularité de l'axe d'un faisceau optique (non représenté), d'excitation ou de mesure, illuminant la cellule. L'échantillon que représente la cellule est alors dans le plan focal du dispositif optique 25 d'observation, et ce même lors d'un déplacement relatif important (pouvant aller jusqu'à plusieurs millimètres). Le dispositif optique peut par exemple être un dispositif de microscopie confocale, dont la tolérance verticale est faible (de l'ordre du micron), et peut être utilisé pour réaliser des cartographies de propriétés optoélectroniques des échantillons par des méthodes variées telles que l'électroluminescence, la photoluminescence, la réflectance, ou autres. 30 La distance entre les plots d'une part, et leur hauteur d'autre part, permet de ménager le volume nécessaire à l'application d'un agent adhésif 15 (colle ou autre), tel qu'illustré sur la figure 4. Plus particulièrement, un adhésif chargé en matériau conducteur peut assurer une connexion 3044164 5 entre une zone de contact électrique 17 (qui se prolonge au centre du support comme illustré sur la figure 4) et la cellule (par exemple sa face arrière). Le nombre de plots 12 est au moins de trois pour assurer un contact isostatique. La surface 5 unitaire de leur base est typiquement de quelques millimètres carrés, et leur hauteur d'au moins un micron (par exemple quelques dizaines de microns). La distance entre chaque plot est variable en fonction de la taille de la cellule envisagée. Elle est typiquement de l'ordre d'un ou quelques centimètres. L'écart de hauteur entre chaque plot est contrôlé pour être de l'ordre de la dizaine ou d'une centaine de nanomètres au plus. 10 On peut prévoir plusieurs réalisations possibles pour les plots mécaniques 12. On peut prévoir par exemple un dépôt de résine photosensible. On peut aussi prévoir une réalisation avec une étape de masquage (par résine photosensible par exemple) et le dépôt successif d'une couche mince d'un matériau permettant d'assurer la rigidité mécanique du plot, puis le retrait du 15 masque de résine photosensible. Les matériaux de couches minces pouvant être utilisés sont des oxydes (de type Si02, ZnO, A1203 ou autres), des nitrures (de type Si3N4 par exemple), des métaux (Al, Cu, Ni, ...). Concernant les aires de contact électrique 11, on peut prévoir la conception de pistes de 20 contact électrique par pulvérisation cathodique, évaporation, ou autre méthode de dépôt en voie physique (PVD), ou par dépôt par voie chimique en phase vapeur (CVD, ALCVD) ou par électro-dépôt de métal par exemple de cuivre, un dépôt en phase liquide, ou encore par sérigraphie (dépôt d'argent ou autre), par impression directe ou par transfert de film conducteur. 25 L'épaisseur des pistes électriques 11 est de quelques centaines de nanomètres par exemple, et inférieure à la hauteur des plots 12. Le support 10 peut être pourvu de fonctions de fixation sur un montage de mesure, par 30 exemple des trous de passage de vis 13 (figure 1) ou une plaque aimantée. Les caractéristiques principales du matériau du support 10 sont : - sa planéité, - le parallélisme entre ses deux faces principales, et 3044164 6 - sa rigidité. Une plaque de verre de 2 à 5 mm d'épaisseur est un mode de réalisation satisfaisant. Néanmoins, une plaque de matériau polymère, ou un composite à base de fibres compressées, peut également convenir. 5 Le défaut de forme (planéité et/ou parallélisme) est idéalement inférieur à +/- 0,1 mm pour une surface de 25 x 25 cm' par exemple. La raideur du support, représentée par l'expression : My.e3 /S, avec : - My, le module d'Young du matériau, 10 - e, l'épaisseur du support, - S, sa surface, est préférentiellement supérieur à 50 N/mm, est idéalement égale à 70 N/mm. Notamment si des tests en température sont réalisés, ces caractéristiques sont 15 préférentiellement maintenues pour une température comprise entre -30 °C et +100 °C. Parmi les avantages que présente une telle réalisation, on peut citer la qualité géométrique satisfaisante de l'ensemble, une grande facilité d'usage, l'adaptabilité et la robustesse des contacts électriques. 20 En outre, une ouverture 14 peut être aménagée au centre du support 10 (comme présenté sur la figure 1) pour appliquer une pâte thermo-conductrice et ainsi maintenir la cellule à une température voulue. 25 Dans le mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 3, d'autres motifs de contact électrique 11 sont possibles, par exemple pour multiplier les zones de contact électrique à l'arrière de la cellule. Par ailleurs, les plots 12 peuvent être de forme différente, par exemple rectangulaire, pour assurer une stabilité satisfaisante à la cellule. Au centre du support, selon ce mode de réalisation, on peut prévoir encore une ouverture 14, ou encore une pâte thermo- 30 conductrice 15. On a représenté sur la figure 5 les principales étapes d'un procédé au sens de l'invention, à titre d'exemple de réalisation. Par exemple, l'étape Si peut consister à positionner de la colle au 3044164 7 centre du support (par exemple de la résine chargée en particules d'argent conductrices). La colle est disposée typiquement entre les plots 12, avant de positionner la cellule sur ceux-ci. L'étape S2 peut consister ensuite à positionner la cellule sur la colle, et plus particulièrement sur les plots 12. Ensuite, à l'étape S3, on établit les connexions entre la cellule et les pistes 5 conductrices 11, pour réaliser les tests de mesure à l'étape S4. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes. 10 Il est possible en outre, si le procédé de réalisation des contacts électriques permet de leur donner une hauteur suffisante, de se passer des plots et d'aménager alors la forme des zones de contact électrique pour assurer une hauteur homogène de positionnement de la cellule complète sur les contacts. 15 Par ailleurs, on a décrit ci-avant une colle pour immobiliser la cellule sur le support. En variante, il est possible d'immobiliser la cellule à partir d'un ou plusieurs bras articulés, capables d'appuyer sur la cellule pour la maintenir fixe ou de se dégager sur le côté pour libérer la cellule du support. REVENDICATIONS1. Support de cellule photovoltaïque pour tester ladite cellule par des mesures optiques et/ou électriques, caractérisé en ce qu'il comporte une surface d'accueil (10) de la cellule, comprenant - - des zones de contact mécanique (12) avec une face arrière de la cellule, maintenant la cellule parallèle à la surface d'accueil, et - des zones de contact électrique (11) formant des pistes électriques sur la surface d'accueil, connectables à la cellule. 10 2. Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois plots de même hauteur pour le contact mécanique, et des pistes électriques de hauteur inférieure à la hauteur des plots pour le contact électrique. 15 3. Support selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plots délimitent une zone de fixation de la cellule sur le support. 4. Support selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les plots sont réalisés dans un matériau de type résine photosensible. 20 5. Support selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une ouverture entre les zones de contact mécanique pour un passage de matériau thermoconducteur destiné à être en contact avec la cellule pour l'amener à une température choisie. 25 6. Support selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un matériau de type verre. 7. Support selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pistes électriques sont réalisées par dépôt de métal. 30 8. Support selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un passage de vis pour une fixation à une machine de test. 3044164 9 9. Procédé de test d'une cellule photovoltaïque par des mesures optiques et/ou électriques, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de positionnement de la cellule sur une surface d'accueil d'un support de la cellule, ledit support comprenant - - des zones de contact mécanique avec une face arrière de la cellule, maintenant la cellule 5 parallèle à la surface d'accueil, et - des zones de contact électrique formant des pistes électriques sur la surface d'accueil, connectables à la cellule. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, pendant ladite étape de positionnement, la cellule est collée sur une zone du support délimitée par les zones de contact mécanique.