Brevet FR3153468A1 — publié le 20250328

Module solaire, notamment de type photovoltaïque, comprenant un premier module (1) composé de cellules photovoltaïques en couche mince, en particulier à base de pérovskite, reliées entre elles en série et/ou en parallèle un deuxième module (2) composé de cellules photovoltaïques à base de silicium reliées entre elles en série et/ou en parallèle. Ce module est particulier en ce qu’une lame d’air (3) est disposée entre le premier et le deuxième module, de sorte à permettre à l’air de circuler entre le premier et le deuxième module. Figure de l’abrégé : Figure n° 1 Module solaire tandem amélioré La présente invention se situe dans le domaine de la production d’énergie. Elle concerne un module solaire, notamment de type photovoltaïque. Les modules photovoltaïques sont composés de cellules silicium, généralement de forme carrée d’un côté compris entre 125 et 217 mm. Ces cellules sont raccordées électriquement entre elles, par des arrangement en série et/ou en parallèle. Dans le cadre de la recherche de réduction des émissions de gaz à effet de serre, la production d’électricité photovoltaïque présente des solutions d’avenir. Beaucoup d’acteurs cherchent à en améliorer les performances. En particulier on a vu apparaitre récemment des cellules à deux couches actives distinctes et superposées ; une première couche à base de perovskite apte à convertir les lumières à faibles longueurs d’onde, et qui laisse passer ce qu’elle ne convertit pas ; et une deuxième couche à base de silicium, située sous la première couche, et apte à convertir les lumières à longueurs d’onde plus élevées. Toutefois de telles cellules à deux couches et connectées en série sont limitées par le courant produit dans la couche qui en produit le moins. Et quand on souhaite faire un panneau solaire à partir de telles cellules, l’optimisation est compliquée, notamment du fait que le spectre solaire n’est pas le même entre un soleil couchant ou levant, et un soleil de plein midi. En outre des phénomènes de points chauds produits sur les cellules de silicium risquent de détériorer les cellules de pérovskite. Un objet de la présente invention est de proposer un panneau solaire permettant de produire de l’électricité de façon plus performante, plus simple et moins coûteuse. Un autre objet de la présente invention est de proposer un panneau solaire à l’efficacité surfacique et à la durée de vie améliorées. La présente invention a pour objet de répondre au moins en partie aux objets précités en proposant un panneau solaire, notamment de type photovoltaïque, comprenant un premier module composé de cellules photovoltaïques en couche mince, en particulier à base de pérovskite, reliées entre elles en série et/ou en parallèle un deuxième module composé de cellules photovoltaïques à base de silicium reliées entre elles en série et/ou en parallèle caractérisé en ce qu’une lame d’air est disposée entre le premier et le deuxième module, de sorte à permettre à l’air de circuler entre le premier et le deuxième module. Grâce à ces dispositions, les conditions de fonctionnement des cellules sont améliorées, et leur durée de vie est allongée. Selon d’autres caractéristiques : ladite lame d’air peut présenter une épaisseur moyenne comprise entre 1 et 10 mm, de préférence entre 5 et 10 mm, permettant un refroidissement efficace tout en limitant l’augmentation de l’épaisseur, ledit panneau peut être rectangulaire, et la lame d’air peut être débouchante sur les deux grands côtés dudit panneau solaire, de sorte que l’air peut entrer par l’un des grands côtés et ressortir par l’autre des grands côtés, permettant ainsi une convection naturelle ; une telle disposition est particulièrement intéressante pour un panneau posé en « paysage », ledit panneau peut être rectangulaire et la lame d’air peut être débouchante sur les deux petits côtés dudit panneau solaire de sorte que l’air peut entrer par l’un des petits côtés et ressortir par l’autre des petits côtés, permettant ainsi une convection naturelle ; une telle disposition est particulièrement intéressante pour un panneau posé en « portrait », les courants électriques de chacun des deux modules peuvent être reliés à un même contact en entrée et en sortie, permettant ainsi une simplification de la gestion du panneau, ledit panneau peut comporter un troisième module composé de cellules photovoltaïques en couche mince, en particulier à base de pérovskite, reliées entre elles en série et/ou en parallèle, et le deuxième module peut être composé de cellules bifaciales, et être disposé entre le premier et le troisième module, permettant ainsi de bénéficier des avantages de l’invention, que le soleil vienne d’un côté ou de l’autre du panneau, La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un panneau solaire selon l’invention, comportant les étapes suivantes : fabrication d’un premier module à base de pérovskite, comportant les étapes suivantes : pose d’une plaque de verre, pose d’une couche d’oxyde conducteur transparent sur la plaque de verre, pose d’une première couche sélective de charges pose d’une couche ou superposition de couches d’absorbants, par exemple constituée de perovskites, sur la première couche sélective de charges, pose d’une deuxième couche sélective de charges, les charges de la deuxième couche sélective de charges étant de sens contraire à celles de la première couche sélective de charges découpe du panneau obtenu pour obtenir une pluralité de bandes transversales, de longueur la largeur du panneau, et de largeur comprise entre 5 et 100 mm, pose d’un isolant entre lesdites bandes, usinage d’une rainure longitudinale dans chaque bande, pour atteindre l’oxyde conducteur transparent déposé sur le verre, pose d’un conducteur arrière transparent, formant une couche, et s’insérant dans les rainures longitudinales, découpe longitudinale du conducteur arrière au niveau de chaque bande, pour former une bande conductrice par bande transversale, étapes de finition du module fabrication d’un deuxième module composé de cellules photovoltaïques à base de silicium reliées entre elles en série et/ou en parallèle assemblage des deux modules, de sorte à ménager une lame d’air entre les deux modules, permettant ainsi la réalisation d’un panneau selon l’invention avec des coûts réduits. Selon d’autres caractéristiques : le panneau peut être rectangulaire, et avant l’assemblage des deux modules, on peut disposer des tasseaux parallèles au petit côté du panneau sur la surface de l’un des modules, puis on peut disposer l’autre module sur ces tasseaux, permettant une convection naturelle notamment pour les panneaux posés en « paysage », le panneau est rectangulaire, et avant l’assemblage des deux modules, on dispose des tasseaux parallèles au grand côté du panneau sur la surface de l’un des modules, puis on dispose l’autre module sur ces tasseaux, permettant une convection naturelle notamment pour les panneaux posés en « portrait », avant l’assemblage des deux modules, on peut disposer des plots sur la surface de l’un des modules selon un quadrillage parallèle aux côtés du panneau, puis disposer l’autre module sur ces plots, permettant une convection naturelle quel que soit le sens de pose dudit panneau. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui fait suite, en référence aux figures annexées dans lesquelles : FIG. 1 est une vue en coupe d’un panneau solaire selon l’invention. FIG. 2 est une vue en coupe d’un panneau solaire selon un mode particulier de réalisation de l’invention. Le panneau solaire selon l’invention comporte un premier module 1 composé de cellules en couche mince, par exemple à base de pérovskite, un deuxième module 2 composé de cellules à base de silicium et une lame d’air 3 entre les deux ; les cellules d’un module sont reliées entre elles en série et/ou en parallèle, selon des dispositions connues. Un exemple est décrit dans le document FR2002583 dans lequel une vingtaine de cellules sont reliées en série formant des chaines, et au moins trois de telles chaines sont reliées en parallèle. Dans la suite, sauf précision contraire, on décrira l’invention avec l’exemple de cellules en couche mince à base de pérovskite. Ce matériau est préféré, et le plus couramment utilisé pour l’invention. Mais cela n’exclut nullement d’autres matériaux possibles pour les cellules en couche mince, comme explicité plus loin. Le deuxième module 2 est composé de cellules bifaciales à base de silicium, pouvant absorber de la lumière venant de chacune de ses faces et la transformer en courant. Selon l’invention, les deux modules sont branchés en parallèle, de sorte que chacun des modules peut contribuer efficacement par toute la quantité d’électricité qu’il est capable de produire. Le panneau à deux modules selon l’invention est ainsi configuré pour qu’un rayonnement solaire arrivant d’un côté du panneau, arrivera en premier sur une couche de pérovskite, qui transformera une partie du rayonnement en électricité, notamment la partie proche de l’ultraviolet, à longueurs d’onde faibles ; le rayonnement non absorbé par la couche de pérovskite la traverse, et arrive jusqu’à la couche à base de silicium, qui transforme une autre partie du rayonnement reçu en électricité. Cette combinaison de deux couches permet au global d’obtenir des rendements de conversion plus élevés, jusqu’à plus de 30% ; alors qu’une couche unique à base de silicium permet d’obtenir un rendement de conversion compris entre 22 et 27%. Les pérovskite sont des matériaux de formule générale ABX3 dans laquelle : A est un cation, de méthyl ammonium CH3NH3+, de formamidinium CH(NH2)2+ ou de césium Cs+ B est un cation d’étein Sn2+ ou de Plomb PB2+, et X est un anion halogénure I-, Br- ou Cl-. Les halogénures de plomb méthyl ammonium CH3NH3PbX3 sont les perovskites les plus utilisés, de préférence le tri iodure de plomb méthyl ammonium CH3NH3PbI3, avec une bande interdite de 1,75 +/- 0,5 eV ; ceux-ci pourront être utilisés en combinaison avec un panneau à base de silicium, ayant une bande interdite d’environ 1,1 eV. En alternative aux pérovskites, on peut aussi utiliser des produits dits III-V, comme par exemple de l’Arséniure (V) de Gallium (III). On peut aussi utiliser des Tellurures de Cadmium, ou des Séléniures de Cuivre de Gallium ou d’Indium. Les panneaux ont typiquement une longueur de 2 m et une largeur de 1 m L’épaisseur du panneau composé des deux modules est typiquement de 10 à 20 mm. Une lame d’air 3 est disposée entre le premier module 1 et le deuxième module 2. La circulation d’air entre les modules permet un rafraichissement des cellules, et donc une prolongation de leur durée de vie. En effet, lorsqu’un panneau solaire est en production, exposé à la lumière du soleil, certains points peuvent chauffer plus que d’autres ; en particulier en cas d’ombrage partiel de certaines cellules, elles peuvent présenter des « hot spots » ou points chauds, sur lesquels la température peut monter jusqu’à plus de 150°C. Les cellules peuvent alors se dégrader très rapidement. Selon l’invention, la lame d’air 3 rafraichit les cellules, réduit les points chauds, et permet ainsi un rallongement de la durée de vie des cellules, et donc du panneau solaire. Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, la fabrication d’un premier module 1 composé de cellules en couche mince, en particulier à base de pérovskite, peut se faire selon les étapes suivantes : pose d’une plaque de verre, pose d’une couche d’oxyde conducteur transparent sur la plaque de verre, pose d’une première couche sélective de charges pose d’une couche ou superposition de couches d’absorbants, par exemple constituée de perovskite, sur la première couche sélective de charges, pose d’une deuxième couche sélective de charges, les charges de la deuxième couche sélective de charges étant de sens contraire à celles de la première couche sélective de charges découpe du panneau obtenu pour obtenir une pluralité de bandes transversales, de longueur la largeur du panneau, et de largeur comprise entre 5 et 100 mm, pose d’un isolant entre lesdites bandes, usinage d’une rainure longitudinale dans chaque bande, pour atteindre l’oxyde conducteur transparent déposé sur le verre, pose d’un conducteur arrière transparent, formant une couche, et s’insérant dans les rainures longitudinales, découpe longitudinale du conducteur arrière au niveau de chaque bande, pour former une bande conductrice par bande transversale, étapes de finition du module L’assemblage des deux modules se fait alors de la façon suivante : pose sur un support d’un module à base de pérovskite, pose d’une couche de verre ou de polymère transparent, pose de cales 4, pose d’un module à base de silicium encapsulé et entouré de part et d’autre d’une couche de verre ou de polymère transparent. Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, on peut choisir une couche de verre pour les deux faces externes du panneau, et une couche de polymère transparent pour les faces internes. Selon un mode de réalisation de l’invention, les cales 4 prennent la forme de plots répartis selon un quadrillage parallèle aux côtés du panneau, de sorte à laisser des passages continus dans la direction de deux côtés adjacents du panneau. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, les cales 4 prennent la forme de tasseaux tous parallèles à l’un des côtés du panneau, de sorte à laisser des passages d’air dans la direction dudit côté du panneau. Avec des couches de verre ou de polymère transparent très rigides et résistants mécaniquement, les plots 4 peuvent être quatre plots disposés aux quatre coins du panneau, ou les tasseaux 4 peuvent être deux tasseaux disposés sur les deux bords opposés du panneau. Avec des couches de verre ou de polymère transparent moins rigides, on peut prévoir des plots ou tasseaux 4 plus nombreux et plus rapprochés. Les tasseaux 4 peuvent s’étendre sur toute la longueur séparant deux bords opposés. Par exemple pour des panneaux destinés à être posés en « paysage », leurs côtés les plus longs étant horizontaux, on peut prévoir des tasseaux 4 parallèles aux bords opposés les plus courts. Ainsi l’air peut entrer par le bas entre les modules et entre les tasseaux, et ressortir par le haut, formant une convection naturelle. Par exemple pour des panneaux destinés à être posés en « portrait », leurs côtés les plus longs étant verticaux, on peut prévoir des tasseaux 4 parallèles aux bords opposés les plus longs. Ainsi l’air peut entrer par le bas entre les modules et entre les tasseaux, et ressortir par le haut, formant une convection naturelle. Les plots 4, ou tasseaux 4, peuvent être constitués de silicone, ou encore d’époxy, le cas échéant renforcés par une ou des billes de verre ou d’un polymère rigide. Ce peut aussi être du PET transparent, collé à l’aide par exemple de silicone ou d’époxy. L’épaisseur des cales 4 peut être par exemple d’au moins 5 mm, pour permettre une circulation d’air dans la couche d’air ainsi formée. Selon les circonstance, une épaisseur d’au moins 2 mm peut également convenir, ou même une épaisseur réduite à 1 mm. Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, un troisième module 1 composé de cellules en couche mince, par exemple à base de pérovskite, est ajouté, de sorte à disposer un module composé de cellules en couche mince 1 de part et d’autre du module à base de silicium 2 ; le module à base de silicium 2 est alors configuré en bifacial, permettant de recevoir du rayonnement solaire par les deux côtés. On peut alors obtenir typiquement une épaisseur d’environ 15 à 30 mm. Bien que la description ci-dessus se base 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, pour arriver à l’ensemble de ce qui est revendiqué dans le jeu de revendications qui suit. Panneau solaire, notamment de type photovoltaïque, comprenant un premier module (1) composé de cellules photovoltaïques en couche mince, en particulier à base de pérovskite, reliées entre elles en série et/ou en parallèle un deuxième module (2) composé de cellules photovoltaïques à base de silicium reliées entre elles en série et/ou en parallèle caractérisé en ce qu’une lame d’air (3) est disposée entre le premier et le deuxième module, de sorte à permettre à l’air de circuler entre le premier et le deuxième module. Panneau solaire selon la revendication précédente, dans lequel ladite lame d’air (3) présente une épaisseur moyenne comprise entre 1 et 10 mm, de préférence entre 5 et 10 mm. Panneau solaire selon l’une des revendications précédentes, ledit panneau étant rectangulaire, et la lame d’air (3) est débouchante sur les deux grands côtés dudit panneau solaire, de sorte que l’air peut entrer par l’un des grands côtés et ressortir par l’autre des grands côtés. Panneau solaire selon l’une des revendications 1 ou 2, ledit panneau étant rectangulaire, et la lame d’air (3) est débouchante sur les deux petits côtés dudit panneau solaire de sorte que l’air peut entrer par l’un des petits côtés et ressortir par l’autre des petits côtés. Panneau solaire selon la revendication précédente, dans lequel les courants électriques de chacun des deux modules sont reliés à un même contact en entrée et en sortie. Panneau solaire selon l’une des revendications précédentes, comportant un troisième module (1) composé de cellules photovoltaïques en couche mince, en particulier à base de pérovskite, reliées entre elles en série et/ou en parallèle, et le deuxième module (2) est composé de cellules bifaciales, et disposé entre le premier et le troisième module (1). Procédé de fabrication d’un panneau solaire selon la revendication 1, comportant les étapes suivantes : fabrication d’un premier module (1) à base de pérovskite, comportant les étapes suivantes : pose d’une plaque de verre, pose d’une couche d’oxyde conducteur transparent sur la plaque de verre, pose d’une première couche sélective de charges pose d’une couche ou superposition de couches d’absorbants, par exemple constituée de perovskite, sur la première couche sélective de charges, pose d’une deuxième couche sélective de charges, les charges de la deuxième couche sélective de charges étant de sens contraire à celles de la première couche sélective de charges découpe du panneau obtenu pour obtenir une pluralité de bandes transversales, de longueur la largeur du panneau, et de largeur comprise entre 5 et 100 mm, pose d’un isolant entre lesdites bandes, usinage d’une rainure longitudinale dans chaque bande, pour atteindre l’oxyde conducteur transparent déposé sur le verre, pose d’un conducteur arrière transparent, formant une couche, et s’insérant dans les rainures longitudinales, découpe longitudinale du conducteur arrière au niveau de chaque bande, pour former une bande conductrice par bande transversale, étapes de finition du module fabrication d’un deuxième module (2) composé de cellules photovoltaïques à base de silicium reliées entre elles en série et/ou en parallèle assemblage des deux modules, de sorte à ménager une lame d’air (3) entre les deux modules. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le panneau est rectangulaire, et avant l’assemblage des deux modules, on dispose des tasseaux (4) parallèles au petit côté du panneau sur la surface de l’un des modules, puis on dispose l’autre module sur ces tasseaux (4). Procédé selon la revendication 7, dans lequel le panneau est rectangulaire, et avant l’assemblage des deux modules, on dispose des tasseaux (4) parallèles au grand côté du panneau sur la surface de l’un des modules, puis on dispose l’autre module sur ces tasseaux (4). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel avant l’assemblage des deux modules, on dispose des plots (4) sur la surface de l’un des modules selon un quadrillage parallèle aux côtés du panneau, puis on dispose l’autre module sur ces plots (4).