Brevet FR3087298A1 — publié le 20200417

Description Titre de l'invention : Module solaire amélioré [0001] La présente invention se situe dans le domaine de la production d'énergie. Elle concerne un module solaire, notamment de type photovoltaïque. [0002] Les modules photovoltaïques sont composés de cellules, connectées électriquement entre elles par des rubans de cuivre. Pour permettre une soudure des rubans sur les cellules, les rubans sont généralement étamés avec un alliage d'étain à 60% et de plomb à 40%. Le plomb est utilisé pour réduire la température de soudure, ce qui est nécessaire pour réduire le phénomène de dilatation différentielle entre les rubans, qui sont en cuivre, et les cellules, en silicium, [0003'-. Cependant le plomb est un matériau toxique, nuisible à l'environnement et dangereux pour la santé des personnes qui le manipulent. [00041 Le document CN107146826 propose un revêtement de soudure composite pour rubans d'interconnexion de cellules photovoltaïques. Ce revêtement permet de ne pas utiliser de plomb, tout en conservant, une température de soudure basse entre les cellules et les rubans. L'inconvénient de cette solution est qu'elle est complexe à fabriquer et chère. [0005 Un objet de la présente invention est de proposer un module solaire dans lequel l'utilisation de plomb est réduite. [00061 Un autre objet de la présente invention est de proposer un module solaire dans lequel le revêtement de soudure des rubans d'interconnexion sont simples, peu chers, et ne comportent pas de plomb. [00071 Un autre objet de la présente invention est de proposer un module solaire robuste et peu onéreux. [00081 La présente invention a pour objet de répondre au moins en partie aux objets précités en proposant un module solaire comportant des cellules de taille réduite, permettant ainsi l'utilisation de rubans d'interconnexion sans plomb. A cet effet, elle propose un module solaire, notamment de type photovoltaïque, comportant au moins deux cellules reliées électriquement par un ruban d'interconnexion comportant une âme en métal conducteur, par exemple en cuivre, recouverte d'un revêtement, caractérisé en ce que lesdites cellules présentent une largeur inférieure à 100 mm et ledit revêtement présente une teneur en étain supérieure à 95 pourcents. [0009] Grâce à ces dispositions, il est possible d'éviter l'usage du plomb dans les rubans d'interconnexion, la largeur réduite des cellules permettant d'opérer à la température de soudure haute exigée par l'utilisation d'un revêtement à forte teneur en étain tout en réduisant les problèmes dus à la dilatation différentielle entre les cellules et les rubans d'interconnexion. [0010] Selon d'autres caractéristiques : [0011] --- ledit revêtement peut avoir une teneur en étain supérieure à 99,98 pourcents, ce qui est un mode de réalisation de l'invention simple et peu onéreux, lesdites au moins deux cellules peuvent être des demi-cellules de base, ce qui est un mode dc réalisation de l'invention efficace et peu onéreux, doux demi-cellules de base pouvant être obtenues par découpe d'une cellule de hase, lesdites au moins deux cellules peuvent comporter chacune au moins une plaque recouvrant sa face arrière en ménageant une bande non recouverte par ladite plaque le long des bords de ladite cellule perpendiculaires audit ruban, ladite au moins une plaque constituant une électrode négative, ceci permettant d'éviter le risque d'un décollement de la plaque lors de la soudure des rubans d'interconnexion, ladite plaque peut être en aluminium, ce qui est un mode de réalisation de l'invention efficace et peu onéreux, la largeur de ladite bande peut être comprise entre 0,5 et 1 millimètres, ce qui est un modo dc réalisation de l'invention simple et robuste, [0012] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un module solaire comportant les étapes suivantes : [0013] --- fabrication d'une cellule de base, comprenant la mise en place de deux plaques à l'arrière de ladite cellule de base, les dites plaques laissant une bande non recouverte sur deux bords opposées de ladite cellule de base, et lesdites plaques étant séparées par un espace parallèle auxdits bords, découpe de la cellule de base au niveau de l'espace pour obtenir deux demi-cellules de base, intégration d'au moins une de ces deux demi-cellules de base dans un module solaire selon l'invention. [0014] Grâce à ces dispositions, un module solaire selon l'invention peut être obtenu de façon simple et peu chère. [0015] Selon d'autres caractéristiques [0016] - la largeur dudit espace peut être comprise entre 1 et 2 millimètres, ce qui permet d'obtenir la largeur de bande non recouverte voulue, ladite découpe est effectuée par laser, ce qui est un mode de découpe efficace et peu onéreux. [0017] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui fait suite, en référence aux figures annexées dans lesquelles [0018' [fig.1] est une vue de côté de deux cellules reliées électriquement telles que dans un module selon un mode de réalisation préféré de l'invention. [0019] [fig.21 est une vue du dessus des deux cellules de la fig. 1. [0020] [fig.3] est une vue en séquence du dessous du procédé de fabrication des cellules de la fig. 1. [0021] Le module selon l'invention comporte au moins deux cellules 1, de préférence des cellules photovoltaïques. Le module peut par exemple comprendre 60 cellules, arrangées en six rangées de dix cellules. [0022] Les cellules 1 sont reliées électriquement entre elles selon des arrangements en série et/ou en parallèle. Deux cellules 1 consécutives sont reliées par au moins un ruban d'interconnexion 2. Le ruban d'interconnexion 2, généralement en cuivre, est recouvert d'un revêtement 3, Le revêtement 3 permet de protéger le ruban d'interconnexion 2, et de faciliter la soudure du ruban d'interconnexion 2 aux cellules 1, du fait de sa température de fusion nettement plus basse que celle du cuivre. Comme illustré sur la fig. 2, on peut par exemple utiliser cinq rubans d'interconnexion 2 pour relier deux cellules 1. [0023] Pour effectuer la soudure, l'ensemble cellules 1 et ruban 2 est chauffé jusqu'au-delà de la température de fusion du revêtement 3. Le revêtement 3 fond, et se soude au silicium de la cellule 1. Après soudure, l'ensemble revient à la température ambiante. [0024] Lors du retour à la température ambiante, les divers matériaux en présence se ré- tractent. Toutefois, le silicium de la cellule 1 présente un coefficient de dilatation nettement inférieur à celui du cuivre ou de l'étain. Le ruban 2 aura donc tendance à se rétracter bien plus que le silicium, ce qui induit des contraintes mécaniques. Celles-ci sont acceptable jusqu'à un certain niveau, au-delà duquel ïl existe un risque de destruction. [0025] Avec un revêtement en étain pur, on peut souder à une température voisine de 260°C. Toutefois avec une telle température, on dépasse les contraintes acceptables au refroidissement, notamment lors de températures très basses. On cherche en effet à garantir une tenue des modules photovoltaïques jusqu'à une température de -40°C. [0026] Selon l'état de la technique, on a alors cherché à réduire la température de fusion du revêtement principalement composé d'étain, en y adjoignant du plomb, typiquement 40% de plomb. On arrive alors à une température de soudure de l'ordre de 220°C. Toutefois le plomb est impossible à recycler en fin de vie des modules, et sera bientôt interdit d'utilisation. [0027] D'autres solutions de l'état de la technique ont proposé un ruban 2 en plusieurs couches, en vue de répartir les contraintes sur plusieurs interfaces. Cette solution est toutefois très onéreuse, et plus difficile à mettre en oeuvre. [0028] La solution selon l'invention consiste à rendre acceptables des températures de soudure de l'ordre 260° nécessaires avec de l'étain pur, en réduisant la longueur sur laquelle est effectuée la soudure, donc en réduisant la largeur des cellules 1. [0029; La largeur des cellules doit être comprise dans le cadre de la présente invention comme la dimension selon laquelle on dispose le ruban d'interconnexion ; une largeur réduite permet donc une longueur de ruban d'interconnexion réduite, et une longueur de soudure réduite. [0030; Alors que les cellules photovoltaïques de base sont habituellement de dimensions 156 x 156 mm, les cellules 1 selon l'invention présentent une largeur inférieure à 100 mm. [00 1] Le revêtement 3 peut alors avoir une teneur en étain supérieure à 95 pourcents, et peut comporter de l'argent, par exemple à hauteur de 3%. Dans un mode de réalisation préféré, le revêtement 3 a une teneur en étain supérieure à 99,98 pourcents, et ne contient pas d'argent, ce qui le rend moins cher. [0032] L'utilisation d'un revêtement 3 à forte teneur en étain impose une température de soudure aux environs de 260°C. Ceci n'est pas possible avec des cellules de base classiques. En effet, comme illustré sur la fig. 1, le ruban 2 s'étend sur pratiquement toute la largeur de la cellule 1. La longueur du ruban 2 est de l'ordre de deux fois la largeur d'une cellule, par exemple de l'ordre de 312 mm. Avec des cellules de base classiques, si l'on soude à la température requise par un revêtement en étain pur, l'effet de dilatation différentielle est trop important. C'est pourquoi cette solution n'a jamais pu être mise en oeuvre. [0033] Dans la présente invention, l'utilisation de cellules I de plus petites dimensions, notamment permet de réduire la longueur du ruban 2. Avec des demi-cellules par exemple, la longueur du ruban peut être de l'ordre de :156 mm. Le ruban 2 étant plus court, l'effet de dilatation différentielle entre le ruban 2 et les cellules 1 est réduit. Une soudure à plus haute température devient ainsi possible. [0034] Dans un mode de réalisation préféré illustré aux fig. I à 3, les cellules 1 sont des demi-cellules de base. Ceci permet de disposer de cellules de petites dimensions à moindre coût. L'emploi de demi-cellules diminue les tensions au niveau du module dans les conditions d'usage extrême notamment lors de grand froid. [00351 Dans le mode de réalisation de la fig. 3, chaque cellule 1 comporte une plaque 4 sur sa face arrière. La plaque 4, qui peut être en aluminium, est l'électrode négative de la cellule 1. La plaque 4 ne recouvre pas toute la face arrière d'une cellule 1 mais laisse une bande 5 non recouverte le long du bord de la cellule 1 perpendiculaire au ruban 2. En effet si la plaque 4 s'étend jusqu'au bord de la cellule 1, l'inventeur a observé un risque de décollement de la plaque 4 de la cellule 1 lors de la soudure du ruban 2 à la cellule 1. La largeur de la bande 5 peut être comprise entre 0,5 et 1 mm. [0036] Lorsque la cellule 1 est une demi-cellule de base, les bandes 5 sont prévues avant la découpe de la cellule de hase. Un espace 6 peut être laissé non recouvert par la plaque 4 au milieu de la cellule de hase, et l'espace 6 formera deux bandes 5 après découpe. [0037] Afin de réaliser un module selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé de fabrication utilisé peut comporter les étapes suivantes [0038] - fabrication d'une cellule de base comprenant la mise en place de deux plaques 4 à l'arrière de la cellule, lesdites plaques 4 laissant une bande 5 non recouverte sur deux bords opposés de la cellule de base, et lesdites plaques étant séparées par un espace 6 parallèle auxdits bords, voir dessin A de la fig. 3, découpe de la cellule de hase au niveau de l'espace 6, par exemple au laser, par clivage mécanique, ou encore par séparation au laser thermique, pour obtenir deux demi-cellules de base, voir dessin B de la fig. 3, intégration d'au moins une de ces deux demi-cellules de base dans un module selon l'invention. [0039] Comme illustré à la fig. 3, l'espace 6 entre les deux électrodes permet d'obtenir les deux bandes 5 sur les demi-cellules obtenues. La largeur de l'espace 6 peut par exemple être comprise entre 1 et 2 mm. [0040] Le module selon l'invention, ne comportant pas de plomb dans le revêtement de ses rubans d'interconnexion, est plus facilement recyclable. [0041] Bien que la description ci-dessus se hase sur des modes de réalisation particuliers, elle n'est nullement limitative de la portée de l'invention, et des modifications peuvent être apportées, notamment par substitution d'équivalents techniques ou par combinaison différente de tout ou partie des caractéristiques développées ci-dessus. 6