Brevet FR3084524A1 — publié le 20200131

Procédé fabrication d'un laminât flexible de cellules photovoltaïques La présente invention concerne le domaine des panneaux photovoltaïques. Plus particulièrement, la présente invention concerne des panneaux photovoltaïques laminés. Ces panneaux photovoltaïques sont de type souple ou flexible, c'est-à-dire qu'ils peuvent être déformés de sorte qu'ils ne se fissurent pas lorsqu'on leur applique une courbure avec un rayon de courbure de 1 mètre. Avec l'avènement des énergies renouvelables et en particulier de l'énergie solaire, les recherches dans le domaine des panneaux photovoltaïques composés d'une ou de plusieurs cellules photovoltaïques sont en plein essor et en particulier pour augmenter les rendements de conversion, et donc l'énergie produite, de tels panneaux photovoltaïques, ainsi que pour diminuer les coûts de fonctionnement et de maintenance de ces panneaux photovoltaïques. A ce jour, on souhaite mieux exploiter des surfaces de bâtiments industriels ou commerciaux existants, notamment en installant des panneaux photovoltaïques sur les façades ou toits de ceux-ci. En effet, pour l'exploitant du bâtiment, la génération de l'énergie électrique peut engendrer un revenu supplémentaire ou une économie et contribuer à favoriser l'exploitation économique du bâtiment. Cependant, ces bâtiments commerciaux ou industriels sont souvent construits avec par exemple une ossature métallique ou en bois qui est dimensionnée pour répondre juste aux contraintes techniques en termes de charge pour supporter le toit avec une isolation 25 ainsi qu'une charge de neige par exemple en fonction de la région de construction. Ainsi, du fait de leur poids, il n'est aujourd'hui pas possible d'installer certains panneaux photovoltaïques sur le toit de certains bâtiments pour ne pas contrevenir aux normes techniques en vigueur. En effet, la plupart des panneaux photovoltaïques connus présentent généralement une face avant en verre et un cadre support métallique de sorte 30 qu'un seul panneau photovoltaïque pèse souvent plus de 20 kg, voire 30 kg pour certains modèles. Par ailleurs, les panneaux photovoltaïques de l'état de la technique ont généralement une couleur noire qui peut limiter ou empêcher leur développement dans des zones où les 2 règles d'urbanisme imposent certaines contraintes esthétiques pour éviter que les constructions dégradent trop fortement le paysage ou l'uniformité des constructions existantes. Ainsi, on est privé d'équiper de panneaux photovoltaïques de grandes surfaces 5 aujourd'hui disponibles, notamment des bâtiments anciens du fait de leur dimensionnement limité en termes de charge ou des règles d'urbanisme empêchant l'introduction de grandes surfaces noires sur les bâtiments. La présente invention a pour objectif de remédier au moins partiellement aux 10 différents inconvénients de l'art antérieur énoncés ci-dessus en particulier en proposant un procédé de fabrication permettant d'obtenir laminât de cellules photovoltaïques colorées et dont le poids est réduit afin d'accroître le nombres d'emplacements dans lesquels des panneaux photovoltaïques peuvent être installés. 15 Afin d'atteindre au moins partiellement au moins un des objectifs précités, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un laminât flexible de cellules photovoltaïques dans lequel on assemble par lamination une couche de cellules photovoltaïques connectées entre elles et des couches frontale et arrière d'encapsulation de la couche de cellules 20 photovoltaïques, on dépose un film décoratif sur la couche frontale d'encapsulation, on dépose une couche de protection sur le film décoratif. Selon un autre aspect de la présente invention, la déposition du film décoratif est 25 réalisée par un procédé de déposition en phase vapeur. Selon un aspect additionnel de la présente invention, le film décoratif comprend un filtre interférométrique . 30 Selon un aspect supplémentaire de la présente invention,le film décoratif est un film comprenant un motif coloré. 3 Selon un autre aspect de la présente invention, les cellules photovoltaïques sont des cellules à base de silicium. Selon un aspect additionnel de la présente invention, la couche de protection est un 5 vernis transparent. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le vernis est réalisé dans un matériau à base polymérique choisi parmi les vernis de type polyuréthane, les vernis de type acrylique, les vernis de type polyester, les vernis type silicone, ou encore les vernis de type 10 époxy.. Selon un autre aspect de la présente invention, le vernis a des propriétés antisalissures tel qu'un caractère hydrofuge ou des propriétés anti-reflet ou des propriétés antirayure. 15 Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, la couche de protection est un film transparent souple formant une couche additionnelle collée sur le film décoratif par un adhésif. 20 Selon un aspect additionnel de la présente invention, l'adhésif est réalisé dans le même matériau que les couches d'encapsulation et comprend de l'éthylène-acétate de vinyle « EVA». Selon un autre aspect de la présente invention, la couche additionnelle présente des 25 propriétés anti-sallissures, notamment une rugosité prédéterminée et/ou un caractère hydrofuge ou des propriétés antireflet ou des propriétés anti-rayure. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'assemblage par lamination comprend également une couche arrière de connexion disposée à l'arrière de la couche 30 arrière d'encapsulation. 4 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un panneau photovoltaïque, 5 - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale et éclatée d'un laminât de cellules photovoltaïques selon un premier mode de réalisation, - la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale et éclatée d'un laminât de cellules photovoltaïques selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 4 est un organigramme des étapes d'un procédé de fabrication selon la 10 présente invention. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références numériques. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence 15 concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. On entend par « couche frontale » dans la description suivante, la surface du laminât 20 flexible exposée en premier aux rayons solaires à l'état installé du laminât flexible. De même, on entend par « couche arrière » dans la description suivante, la couche opposée à la couche frontale, c'est-à-dire la surface qui est impactée en dernier par les rayons solaires lors de leur passage à travers le laminât à l'état installé du laminât. Ensuite, on entend par « transparent » dans la description suivante, un matériau, à 25 travers lequel la lumière peut passer avec une wansmittance d'au moins 80 % notamment dans les longueurs d'ondes comprises entre 315 nm et 1200 nm. De plus, on entend dans la description suivante par « film ou laminât en matériau souple ou flexible » le fait que lors de l'application d'un certain rayon de courbure, le film ne se fissure pas. Dans la présente invention le matériau devrait supporter sans dommage un 30 rayon de courbure de 1 mètre. D'autre part, en référence aux figures 2 et 3, les différentes couches composant un laminât flexible 1 sont espacées les unes des autres. Cette représentation est uniquement 5 réalisée pour mieux identifier les différentes couches. A l'état livré du laminât flexible 1, les différentes couches représentées sont en contact les unes avec les autres. En référence aux figures 1, 2 et 3, il est représenté un laminât flexible 1 de cellules 5 photovoltaïques 3 pour former par exemple un panneau ou un module photovoltaïque. Le laminât flexible 1 comprend une couche de cellules photovoltaïques 3, composée selon cette représentation particulière par quatre bandes de cellules photovoltaïques 3, connectées entre elles, une couche frontale 5 et une couche arrière 7 d'encapsulation de la couche de cellules photovoltaïques 3, un film décoratif 9 situé sur la face couche frontale d'encapsulation et une 10 couche de protection 11, aussi appelée couche avant, située sur le film décoratif 9. Le laminât 1 peut aussi comprendre une couche arrière de connexion 13 disposée sur la couche arrière d'encapsulation 7 et configurée notamment pour réaliser les liaisons électriques entre les différentes cellules photovoltaïques 3. La couche arrière 13 peut également comprendre des propriétés réfléchissantes pour renvoyer les rayons solaires vers la couche de cellules 15 photovoltaïques 3. Alternativement, les liaisons électriques entre les cellules photovoltaïques 3 peuvent être réalisées sans couche arrière 13. La flexibilité du laminât 1 est obtenue grâce aux matériaux constitutifs des différentes couches composant ce laminât 1 comme cela est expliqué plus en détail ultérieurement. L'utilisation d'un laminât flexible 1 pour un tel panneau ou module photovoltaïque permet de 20 faciliter son transport et son installation car la fragilité de ce dernier est diminuée. De plus, la couche avant est généralement réalisée clans un matériau polymère pouvant comprendre un additif mais dépourvu de fibres de verre ce qui permet de réduire le poids total du panneau. Au moins la couche frontale d'encapsulation 5, le film décoratif 9 et la couche de protection 11 sont transparents pour permettre aux rayons solaires d'atteindre la couche de 25 cellules photovoltaïques 3 afin de permettre leur conversion en énergie électrique via l'effet photovoltaïque. Le procédé de fabrication de ce laminât flexible 1 comprend différentes étapes associées à différentes techniques qui vont être décrites à partir de l'organigramme de la figure 4 et en référence aux figures 2 et 3. 30 La première étape 101 concerne l'assemblage de la couche de cellules photovoltaïques 3, des couches frontale 5 et arrière 7 d'encapsulation et éventuellement de la couche arrière de connexion 13 . Cet assemblage est par exemple obtenu par un procédé de lamination 6 classique, c'est-à-dire par élévation de la température, sous vide ou sous une atmosphère inerte par exemple, d'un empilement des différentes couches formant le laminât 1 puis par pression sur cet empilement pendant une durée déterminée. Les couches frontale 5 et arrière 7 d'encapsulation peuvent par exemple comprendre 5 chacune un tissu de fibres de verre 51, 71 et une résine d'encapsulation 53, 73. Plus particulièrement, la résine d'encapsulation 53, 73 est disposée entre la couche de cellules photovoltaïques 3 et le tissu de fibres de verre 51, 71 afin d'assurer la cohésion entre le tissu de fibres de verre 51, 71 et la couche de cellules photovoltaïques 3. A titre de variante, chacune des deux couches frontales 5 et arrière 7 peut être formée 10 d'une seule couche de tissu en fibre de verre imprégnée de résine d'encapsulation. La résine d'encapsulation est par exemple réalisée en éthylène-acétate de vinyle « EVA ». La deuxième étape 102 concerne le dépôt du film décoratif 9 sur la couche frontale 15 d'encapsulation. Le film décoratif 9 correspond par exemple à un film coloré qui peut présenter un motif particulier, par exemple un logo ou reproduire un dessin. Le film décoratif 9 peut de choisir l'aspect final du laminât pour par exemple faire correspondre la teinte du module photovoltaïque avec la teinte de la façade sur laquelle il est disposé pour réduire son impact visuel ou au contraire pour fournir un motif permettant de mettre en valeur le module 20 photovoltaïque par le biais d'un dessin ou d'une inscription en couleur. Le film décoratif 9 est par exemple déposé par un dépôt physique en phase vapeur ou par dépôt chimique en phase vapeur notamment à partir d'un plasma. Le dépôt peut également se faire par trempage (« dip coating» en anglais), par revêtement centrifuge (« spin coating» en anglais) ou par pulvérisation. Le film décoratif correspond par exemple à un film de type Kromatix® qui comprend un filtre interférométrique muni-couches permettant de filtrer certaines longueurs d'onde de la lumière visible pour donner un aspect coloré tout en permettant une transmittance élevée dans la plage de longueur d'onde importante pour les cellules photovoltaïques (315-1200nm). En effet, le filtre interférométrique permet de ne renvoyer ou réfléchir qu'une portion très faible du spectre visible (correspondant à la couleur voulu pour le panneau photovoltaïque), le reste du spectre étant transmis aux cellules photovoltaïques. Un tel film est par exemple décrit dans la demande de brevet EP2897795. 7 La troisième étape 103 concerne le dépôt de la couche de protection 11 sur le film décoratif 9. La couche de protection 11 permet de protéger les autres couches du laminât 1 et notamment le film décoratif 9 ce qui permet au module photovoltaïque de garder son apparence même lorsque la couche de protection 11 est endommagée de façon superficielle. 5 Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, la couche de protection 11 est un vernis transparent. Le vernis peut être réalisé dans un matériau à base polymérique choisi parmi les vernis de type polyuréthane, les vernis de type acrylique, les vernis de type polyester, les vernis type silicone, ou encore les vernis de type époxy. 10 Le vernis peut permettre un traitement anti-reflet, anti-salissures ou anti-rayure. Le vernis peut également comprendre au moins un additif auto-extinguible et/ou au moins un additif permettant d'améliorer la diffusion de la lumière et/ou au moins un additif permettant de convertir des photons de certaines gammes spectrales vers les gammes spectrales d'intérêt. 15 Le vernis est par exemple déposé par pulvérisation, par trempage, par dépôt chimique en phase vapeur (CVP) ou appliqué par rouleau. Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3, la couche de protection 11 est un film transparent souple comprenant au moins une couche additionnelle 20 17 et un adhésif 15 disposé sur le film décoratif 9, par exemple par un adhésif de type éthylène-acétate de vinyle (EVA) qui peut être le même matériau que le matériau utilisé pour les couches d'encapsulation frontale 5 et arrière 7. Alternativement, la couche de protection 11 peut être appliquée par voie liquide avec une solidification par la suite. La, au moins une, couche additionnelle 17 comprend par exemple un traitement anti- 25 reflet, anti-rayure ou anti-salissure. Le traitement anti-salissure correspond par exemple à une rugosité prédéterminée et/ou un caractère hydrofuge permettant d'empêcher l'adhésion des salissures sur la surface de la couche additionnelle 17. La ou les couches additionnelles 17 est par exemple réalisée en polymère souple, notamment dans la famille des polyfluorures de vinylidène (PVDF), des polyfluorures de vinyle (PVF), des éthylènes 30 tétrafluoroéthylène (ETFE), ou encore des polyéthylènes téréphtalates (PET), du polyuréthane, des acryliques, ou des silicones. Deux couches additionnelles 17 peuvent par exemple être superposées l'une sur l'autre. La couche additionnelle 17 anti-salissure est alors placée à l'extérieur. 8 Lorsque le laminât flexible 1 est installé, les rayons solaires pénètrent d'abord la couche de protection 11, puis le film décoratif 9, puis la couche frontale d'encapsulation 5, puis la couche des cellules photovoltaïques 3 et enfin, s'ils ne sont pas absorbés la couche 5 arrière d'encapsulation 7. Ainsi, la couche de protection 11 et notamment la couche additionnelle 17 est fortement exposée aux poussières et aux aléas climatiques qui peuvent l'encrasser du fait de sa disposition. En effet, des salissures peuvent se déposer sur cette couche additionnelle 17 et provoquer des phénomènes d'absorption ou de diffusion de la lumière ce qui peut 10 diminuer la production d'énergie électrique du panneau photovoltaïque. Afin d'éviter cet encrassement, la couche additionnelle 17 est réalisée en matériau souple à propriétés anti-salissures et transparent. Plus particulièrement, la couche additionnelle 17 en matériau souple peut présenter une rugosité moyenne inférieure à 1 pim, notamment comprise entre 0,1 et 0,5 pm. 15 On entend par rugosité moyenne ici, la rugosité généralement indiquée sous le symbole Ra qui correspond à la moyenne arithmétique de toutes les ordonnées de la couche additionnelle 17 à l'intérieur d'une longueur de base. En effet, une telle rugosité moyenne pour cette couche additionnelle 17 permet de limiter l'adhérence des poussières et des résidus sableux pouvant par exemple être contenus dans de l'eau de pluie afin de limiter et de 20 prévenir le dépôt de salissures et éventuellement la formation de moisissures sur le laminât flexible 1. En effet, plus la rugosité est faible, moins les salissures peuvent s'ancrer sur cette couche additionnelle 17 car leur possibilité d'adhérence sur cette couche additionnelle 17 est fortement diminuée. 25 Ainsi, une telle couche additionnelle 17 permet d'espacer les opérations de nettoyage et de maintenance à effectuer sur ce laminât flexible 1, et donc les coûts engendrés par de telles opérations. Par ailleurs, afin de minimiser les possibilités d'adhérence des salissures sur le laminât 1, la couche additionnelle 17 peut présenter une rugosité maximale inférieure à 3tim, 30 et notamment comprise entre 0,1 et 2,6 pm. On entend par rugosité maximale ici, la rugosité généralement indiquée sous le symbole Rz qui correspond à la somme de la plus grande des hauteurs du profil et de la plus grande des profondeurs de creux de la couche additionnelle 17 à l'intérieur d'une longueur de base moyennée sur le nombre total de longueurs de base. En 9 effet, la rugosité maximale pour cette couche additionnelle 17 est également un paramètre à prendre en compte, car si le laminât flexible 1 présente en certains endroits des points de rugosité élevée, des salissures peuvent s'accumuler autour de ces points et nuire au rendement de conversion du panneau photovoltaïque auquel le laminât 1 est intégré. 5 La « transparence » de la couche additionnelle 17 est non seulement obtenue par ses facultés d'absorption, mais aussi par sa minceur. La couche de protection 11 en matériau souple peut présenter une épaisseur e comprise entre 20 ktm et 500 pm. De plus, l'utilisation de fluoropolymères permet d'augmenter la résistance du laminât 10 flexible 1, et notamment celle de la couche additionnelle 17 , à l'humidité ou encore aux agressions acides. De plus, lorsque le polymère formant la couche additionnelle 17 en matériau souple est choisi parmi les polyéthylènes téréphtalates (PET), cette couche additionnelle 17 se présente sous la forme d'un film tricouches dont au moins une couche est composée de polyéthylène téréphtalate. L'utilisation d'un tel polymère permet également de 15 conférer à la couche additionnelle 17 des propriétés de résistance à l'humidité ou aux agressions acides notamment. Ainsi, les coûts de maintenance et de fonctionnement de ce laminât flexible 1 sont limités. De tels matériaux présentent des caractéristiques de rugosité moyenne et maximale compatibles avec les valeurs nécessaires pour limiter l'encrassement du laminât flexible 1. De 20 plus, de tels matériaux sont des matériaux diélectriques. Ainsi, leur attraction des poussières par exemple par effet électrostatique est fortement diminuée, ce qui permet également de limiter l'encrassement du laminât flexible 1. Par ailleurs, l'utilisation de tels matériaux permet à la couche additionnelle 17 en matériau souple de présenter des propriétés antiréfléchissantes de sorte à optimiser les rendements de conversion photovoltaïque du laminât 25 flexible 1. Les cellules photovoltaïques 3 formant la couche de cellules photovoltaïques 3 dans ce laminât flexible 1 sont par exemple des cellules à base de silicium monocristallin ou polycristallin. L'utilisation de silicium monocristallin permet d'avoir de bons rendements de conversion photovoltaïque au mètre carré. Par ailleurs, un tel matériau présente également 30 une bonne résistance au vieillissement ce qui permet d'augmenter la longévité de ce laminât flexible 1. 10 Par ailleurs, les couches frontale 5 et arrière 7 d'encapsulation peuvent présenter chacune une épaisseur E comprise entre 0,05 mm et 3 mm. Une telle épaisseur E des couches frontale 5 et arrière 7 d'encapsulation permet l'obtention d'un laminât flexible 1 de faible épaisseur, ce qui permet notamment de diminuer les coûts liés à son transport et son 5 poids. Selon les modes de réalisation particuliers représentés ici, les couches frontale 5 et arrière 7 d'encapsulation présentent la même épaisseur E. Cependant, selon une variante non représentée ici, ces couches frontale 5 et arrière 7 d'encapsulation peuvent présenter des épaisseurs différentes. 10 Les exemples de réalisation développés ici sont des exemples fournis à titre illustratif et non limitatif. En effet, il est tout à fait possible pour l'homme de l'art d'utiliser d'autres cellules photovoltaïques 3 que des cellules à base de silicium monocristallin ou polycristallin comme par exemple des cellules organiques ou des couches minces inorganiques, sans sortir du cadre de la présente invention. 15 Ainsi, le procédé de fabrication décrit précédemment permet de manière simple, grâce à la déposition d'un film décoratif sur la couche frontale d'encapsulation des cellules photovoltaïques, d'obtenir des panneaux photovoltaïques souples dont le poids est réduit et présentant un motif décoratif permettant de limiter leur impact visuel, par exemple pour un 20 camouflage ou pour s'uniformiser avec les couleurs existantes d'un bâtiment ou au contraire pour produire un message visuel tel qu'un logo ou une écriture. De plus, une couche avant présentant par exemple des propriétés anti-sallisures, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un laminât flexible (1) de cellules photovoltaïques (3) dans lequel on assemble par lamination une couche de cellules photovoltaïques (3) connectées entre elles et des couches frontale (5) et arrière (7) d'encapsulation de la couche de cellules photovoltaïques (3), (101) on dépose un film décoratif (9) sur la couche frontale d'encapsulation (5), (102) on dépose une couche de protection (11) sur le film décoratif (9) (103). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 dans lequel la déposition du film décoratif (9) est réalisée par un procédé de déposition en phase vapeur. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le film décoratif (9) comprend un filtre interférométrique. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes dans lequel le film décoratif (9) est un film comprenant un motif coloré. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les cellules photovoltaïques (3) sont des cellules à base de silicium. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche de protection (11) est un vernis transparent. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6 dans lequel le vernis est réalisé dans un matériau à base polymérique choisi parmi les vernis de type polyuréthane, les vernis de type 30 acrylique, les vernis de type polyester, les vernis type silicone, ou encore les vernis de type époxy 12 8. Procédé de fabrication selon la revendication 6 ou 7 dans lequel le vernis a des propriétés anti-salissures tel qu'un caractère hydrofuge ou des propriétés anti-reflet ou des propriétés anti-rayure. 5 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la couche de protection (11) comprend un film transparent souple formant une couche additionnelle 17 collée sur le film décoratif par un adhésif 15. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9 dans lequel l'adhésif 15 est réalisé 10 dans le même matériau que les couches d'encapsulation et comprend de l'éthylène-acétate de vinyle « EVA ». 11. Procédé de fabrication selon la revendication 9 ou 10 dans lequel la couche additionnelle 17 présente des propriétés anti-sallissures, notamment une rugosité 15 prédéterminée et/ou un caractère hydrofuge ou des propriétés antireflet ou des propriétés anti-rayure. 12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'assemblage par lamination comprend également une couche arrière de connexion (13) 20 disposée à l'arrière de la couche arrière d'encapsulation (7).