BE1022988B1 - Interconnexion parallele de cellules solaires voisines via un plan arriere commun - Google Patents

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Abstract

Un assemblage de cellules solaires comprenant une pluralité de cellules solaires (104) et un support (101), le support comprenant une couche conductrice. La couche conductrice est divisée en une première partie conductrice (108) et une seconde partie conductrice (107). Chaque cellule solaire de la pluralité de cellules solaires comprend une face avant, une face arrière, et un premier contact (111) en correspondance avec la face arrière. Chaque cellule de la pluralité de cellules solaires est placée sur la première partie conductrice avec le premier contact connecté électriquement à la première partie conductrice de telle sorte que les cellules solaires soient connectées en parallèle à travers la première partie conductrice. Un second contact (105) de chaque cellule solaire peut être connecté à la seconde partie conductrice. Les deux parties conductrices servent de barres omnibus de l’assemblage de cellules solaires.

Description

INTERCONNEXION PARALLELE DE CELLULES SOLAIRES VOISINES VIA UN
PLAN ARRIERE COMMUN
ARRIERE-PLAN DE L’INVENTION 1. Domaine de l’invention [01] La présente invention est liée avec le domaine des dispositifs de puissances photovoltaïques. 2. Description de la technique apparentée [02] Les dispositifs photovoltaïques tels que les modules photovoltaïques ou assemblages « CIC » (Cellule solaire + Interconnexions + verre de Couverture), comprennent une ou plusieurs cellules solaires individuelles arrangées pour produire de l’énergie électrique en réponse à une irradiation par ensoleillement. De temps en temps, les cellules solaires individuelles sont rectangulaires, souvent carrées. Les modules, réseaux ou dispositifs photovoltaïques incluant une ou plusieurs cellules solaires peuvent aussi être substantiellement rectangulaires, par exemple, basés sur un réseau de cellules solaires individuelles. Les réseaux de cellules solaires substantiellement circulaires sont connus pour avoir le désavantage d’utiliser inefficacement la surface sur laquelle les cellules solaires sont montées, à cause de l’espace qui n’est pas couverte par les cellules solaires circulaires à cause de l’espace laissé vacant entre des cellules solaires adjacentes à cause de leur configuration circulaire (voir les brevets US n° 4,235,643 et 4,321,417).
[03] Cependant, les cellules solaires sont souvent fabriquées à partir de galettes circulaires ou substantiellement circulaires. Par exemple, les cellules solaires pour application spatiale sont généralement des cellules solaires multijonctions crûes sur des galettes substantiellement circulaires. Ces galettes circulaires ont un diamètre d’environ 100 mm ou d’environ 150 mm. Cependant, comme expliqué avant, pour l’assemblage en un réseau solaire (dès lors référé en tant qu’assemblage de cellules solaires), des cellules solaires substantiellement circulaires, qui peuvent être produites à partir de galettes substantiellement circulaires pour minimiser les pertes de matériau de la galette et, par conséquent, minimiser les coûts pour une cellule solaire, ne sont pas toujours la meilleure option, à cause de leur faible coefficient de remplissage de réseau, qui augmente le coût global d’un réseau ou panneau voltaïque et implique une utilisation inefficace de l’espace disponible. Par conséquent, les galettes circulaires sont souvent divisées en d’autres facteurs de forme pour la fabrication de cellules solaires. Le facteur de forme préférentiel pour une cellule solaire pour application spatiale est un rectangle, par exemple un carré, ce qui permet à la surface d’un panneau rectangulaire consistant en un réseau de cellules solaires d’être remplie à 100% (dès lors, cette situation est référée en tant que coefficient de remplissage de 100%), en supposant qu’il n’y a pas d’espace entre les cellules solaires rectangulaires adjacents. Cependant, quand une unique galette circulaire est divisée en un seul rectangle, l’utilisation de la galette est faible. Cela résulte en de la perte. Ceci est illustré dans la Figure 1, qui montre comment conventionnellement, à partir d’une galette circulaire de cellules solaires 1000 on obtient une cellule solaire rectangulaire 1001, le reste de la galette étant des pertes 1002. Cette cellule solaire rectangulaire 1001 peut ensuite être placée côte à côte d’une autre cellule solaire rectangulaire 1001 obtenue à partir d’autres galettes, fournissant ainsi une utilisation efficace de la surface sur laquelle les cellules solaires sont placées (c.à.d. un coefficient de remplissage élevé) : un grand ratio W/m2 peut être obtenu, qui dépendant du substrat peut aussi impliquer un ratio W/kg élevé, et est d’une grande importance pour les applications spatiales. Autrement dit, des cellules solaires agencées de manière compacte sans aucun espace entre les cellules solaires adjacentes est généralement préféré, et spécialement pour des applications dans lesquelles les ratios W/m2 et/ou W/kg sont des aspects importants à considérer. Ceci inclut des applications spatiales telles que des dispositifs de puissances solaires pour satellites.
[04] Des applications spatiales utilisent fréquemment des cellules solaires à haute efficacité, incluant des cellules solaires multijonctions et/ou des cellules solaires à base de semi-conducteur de type III-V. Des galettes de cellules solaires à haute efficacité sont souvent coûteuses à produire. Par conséquent, la perte qui a conventionnellement été acceptée dans l’art en tant que prix à payer pour un coefficient de remplissage élevé, c’est-à-dire que la perte qui est le résultat de découper la cellule solaire rectangulaire à partir d’une galette de cellule solaire substantiellement circulaire, peut impliquer un coût considérable.
[05] Par conséquent, l’option d’utiliser des cellules solaires substantiellement circulaires, correspondant aux galettes circulaires de cellules solaires, pour la fabrication d’un réseau ou d’un assemblage de cellules solaires, pourraient dans certains cas devenir une option intéressante. Il y a un compromis entre l’utilisation maximale du matériau d’origine de la galette et le coefficient de remplissage. La Figure 2 montre comment des galettes circulaires peuvent être agencées selon un schéma pour une utilisation maximale de l’espace, obtenant un coefficient de remplissage de l’ordre de 90%. Cela implique que moins de matériau de la galette est gaspillé que dans le cas de l’option montré à la Figure 1, mais également une utilisation moins efficace de la surface sur laquelle les cellules solaires sont montées, à cause d’un plus faible coefficient de remplissage. Un autre problème est qu’avec ce genre de schéma, le modèle présente une maille élémentaire hexagonale 2000 (illustré en traits interrompus à la Figure 2), qui n’est pas optimale pour produire un assemblage rectangulaire de cellules solaires. La maille élémentaire hexagonale est désavantageuse pour produire des réseaux rectangulaires de cellules solaires parce que l’assemblage de cellules solaires ne s’ajustera pas parfaitement aux bords ou extrémités d’un panneau rectangulaire.
[06] Il est également connu d’améliorer l’utilisation de la galette et de réduire les pertes en obtenant une cellule solaire octogonale - au lieu de rectangulaire- à partir d’une galette substantiellement circulaire, à savoir, une cellule solaire rectangulaire avec des coins coupés. Cependant, tandis que cette approche rend possible la réduction des pertes du matériau de la galette, il n’est pas optimal d’un point de vue du coefficient de remplissage, car lorsque les cellules solaires avec des coins coupés sont placées en lignes et en colonnes pour former un réseau de cellules solaires, l’espace où les coins coupés se joignent est laissé sans matériau de cellule solaire et par conséquent n’est pas utilisé pour la conversion de la lumière en énergie électrique.
[07] Il est possible de réduire la quantité de perte et dans le même temps obtenir un coefficient de remplissage élevé en divisant une galette circulaire ou substantiellement circulaire non pas en deux cellules rectangulaires uniques, par exemple carrées, mais en un grand nombre de cellules relativement plus petites. En divisant une galette circulaire ou substantiellement circulaire en un grand nombre de cellules relativement plus petites, telles que des cellules rectangulaires, la majorité du matériau de la galette peut être utilisée pour fabriquer des cellules solaires, et la perte est réduite. Par exemple, une galette de cellule solaire ayant un diamètre de 100 mm ou 150 mm et une surface de l’ordre de 80 cm2 ou 180 cm2 peut être utilisée pour fabriquer une grande quantité de petites cellules solaires, par exemple des cellules solaires carrées ou rectangulaires ayant chacune une surface de moins de 5 cm2, de moins de 1 cm2, de moins de 0.1 cm2, ou même de moins de 0.05 cm2 ou de moins de 0.01 cm2. Par exemple, des cellules solaires substantiellement rectangulaires - telles que carrées - peuvent être obtenues dans lesquelles les côtés font moins de 10, 5, 3, 2, 1, ou même 0.5 mm de long. Ainsi, la quantité de perte de matériau de galette peut être substantiellement réduite, et en même temps un coefficient de remplissage peut être obtenu.
[08] Cependant, l’utilisation d’une grande quantité de cellules solaires relativement petites implique l’inconvénient que pour une surface effective donnée de l’assemblage final de cellules solaires, il y a un nombre plus élevé d’interconnexions entre les cellules solaires, en parallèle et/ou en série, qui peut rendre le procédé de fabrication de l’assemblage de cellules solaires plus complexe et/ou plus cher, et qui peut aussi rendre le circuit entier moins fiable, à cause du risque d’erreurs dû aux interconnexions défectueuses entre les cellules solaires individuelles.
RESUME DE L’INVENTION
[09] Un premier aspect de l’invention est lié à un assemblage de cellules solaires comprenant une pluralité de cellules solaires et un support, le support comprenant une couche conductrice, telle qu’une couche métallique, comprenant une première partie conductrice. Chaque cellule solaire de ladite pluralité de cellules solaires comprend une surface supérieure ou avant et une surface inférieure ou arrière et un premier contact en correspondance avec ladite surface arrière. Chaque cellule solaire est placée sur la première partie conductrice avec le premier contact électriquement connecté à la première partie conductrice, de telle sorte que la pluralité de cellules solaires soit connectée en parallèle à travers la première partie de contact. Dans la présente invention, le terme cellule solaire désigne une cellule solaire individuelle.
[10] Ainsi, la fabrication d’un assemblage de cellules solaires comprenant une grande quantité de cellules solaires devient facile ; les cellules solaires peuvent être simplement placées sur la première partie conductrice, qui peut composer une zone substantielle de la surface du support, tel que plus de 50%, 70%, 80%, 90%, 95% ou plus de la surface totale du support, de telle sorte que le ou les contacts sur la face arrière de chaque cellule solaire peuvent être aisément connectés à la première partie conductrice du support, qui sert donc à interconnecter les cellules solaires en parallèle. La connexion entre le premier contact de chaque cellule solaire et la première partie conductrice de la couche métallique du support peut être directe et/ou à travers un matériau de liaison conducteur. Par conséquent, cette approche est pratique pour la création d’assemblages de cellules solaires d’une grande quantité de cellules solaires relativement petites, par exemple des cellules solaires obtenues en divisant une galette de cellule solaire ayant une forme substantiellement circulaire en un grand nombre de cellules solaires individuelles ayant une forme substantiellement rectangulaire, pour augmenter le coefficient de remplissage et l’utilisation de la galette. La première partie conductrice est continue et par conséquent agit comme un bus interconnectant les premiers contacts des cellules solaires. En plus, la couche conductrice, incluant la première partie conductrice, peut agir en tant que dissipateur thermique pour les cellules solaires.
[11] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la couche conductrice comprend une seconde partie conductrice séparée de la première partie conductrice, ce qui veut dire que les deux parties conductrices ne sont pas en contact direct l’une envers l’autre. Chaque cellule solaire de la pluralité de cellules solaires comprend un second contact, et chacune des pluralités de cellules solaires est connectée à la seconde partie conductrice via le second contact par une interconnexion connectant le second contact à la seconde partie conductrice. Par conséquent, une pluralité de cellules solaires peut être arrangée sur le substrat, connectée en parallèle entre elles, avec leurs premiers contacts - tels que des contacts couplés à un côté de polarité de type p de la cellule solaire respective -connecté à la première partie conductrice et à leurs seconds contacts - tels que des contacts couplés à un côté de polarité de type n de la cellule solaire respective connectée à la seconde partie conductrice de la cellule solaire respective. La première et la seconde partie conductrice peuvent servir de barres omnibus permettant la connexion de l’assemblage de cellules solaires à d’autres dispositifs, tels que d’autres assemblages de cellules solaires afin de créer un assemblage de cellules solaires plus grand.
[12] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la première partie conductrice et la seconde partie conductrice sont interconnectées par l’intermédiaire d’au moins une diode. Cette diode peut agir en tant que diode de dérivation pour les cellules solaires. Les diodes de dérivation sont fréquemment utilisées dans les assemblages de cellules solaires comprenant une pluralité de cellules solaires connectées en série ou groupe de cellules solaires. Une raison de l’utilisation des diodes de dérivation est que si une des cellules solaires ou groupe de cellules solaires est à l’ombre ou endommagé, le courant produit par d’autres cellules solaires, telles que par des cellules solaires ou groupe de cellules solaires non à l’ombre ou non endommagé, peut circuler à travers la diode de dérivation et ainsi évite la résistance élevée de la cellule solaire ou groupe de cellules solaires à l’ombre ou endommagé. Les diodes peuvent être montées sur la face supérieure de la couche métallique et comprennent une borne anodique et une borne cathodique. La diode peut être électriquement couplée en parallèle avec les cellules solaires semi-conductrices et configurée pour être inversé en polarisation quand les cellules solaires semi-conductrices génèrent une tension de sortie supérieure ou égale à la tension seuil, et configurée pour être polarisée en sens direct quand les cellules solaires semi-conductrices génèrent une tension de sortie en dessous de la tension de seuil.
[13] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la dite au moins une diode comprend une borne de face supérieure et une borne de face arrière, la diode étant placé sur la seconde partie conductrice avec ladite borne de face arrière de la diode connectée électriquement à la seconde partie conductrice, la borne de face supérieure de la diode étant électriquement connectée à la première partie conductrice. Dans une forme de réalisation alternative de l’invention, la diode peut être placée sur la première partie conductrice avec la borne de face arrière de la diode connectée électriquement à la première partie conductrice, la borne de face supérieure de la diode étant connectée électriquement à la seconde partie conductrice. Les deux alternatives sont possibles, mais il peut être préférable d’utiliser la première partie conductrice pour supporter les cellules solaires, et la seconde partie conductrice pour supporter la ou les diodes.
[14] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la première partie conductrice et la seconde partie conductrice sont électriquement isolées l’une de l’autre par au moins une entaille ou rainure traversant la couche conductrice. La rainure peut être faite de n’importe quelle manière adaptée, par exemple par gravure ou gravure au laser. Le support peut être pourvu d’une couche métallique continue sur la face supérieure du support, et ensuite être sujet à un traitement adapté pour faire une rainure pour séparer la première partie conductrice et la seconde partie conductrice. La rainure peut couper au travers de la couche conductrice, comme une couche de cuivre, mais pas à travers la structure sous-jacente du support, par quoi la première partie conductrice et la seconde partie conductrice sont physiquement couplées l’une à l’autre mais isolée électriquement entre elles. Par conséquent, la première et la seconde partie conductrice servent comme deux barres omnibus au moyen duquel l’assemblage de cellules solaires peut être connecté à d’autres dispositifs, comme par exemple d’autres assemblages de cellules solaires.
[15] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la rainure suit un circuit comprenant une pluralité de segments arrangés l’un après l’autre, chaque segment s’étendant avec un angle, par exemple à un angle de 90°, par rapport au segment précédent et/ou par rapport à un segment suivant.
[16] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la rainure comprend une pluralité de segments, au moins un desdits segments s’étendant en parallèle par rapport à un autre desdits segments.
[17] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, au moins une partie de la rainure suit un circuit substantiellement sinueux.
[18] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la seconde partie conductrice comprend une pluralité de sous-parties substantiellement allongées qui s’étendent entre les sous-parties de la première partie conductrice. Dans certaines formes de réalisation de l’invention, ces sous-parties peuvent substantiellement avoir des formes de bande.
[19] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, l’aire de surface de la première partie conductrice est plus grande que l’aire de surface de la seconde partie conductrice, telle que plus de deux fois, par exemple plus de cinq, dix ou vingt fois la surface d’aire de la seconde partie conductrice.
[20] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, l’assemblage de cellules solaires comprend une pluralité de lignes de cellules solaires placées sur la première partie conductrice, chaque ligne de cellules solaires étant connectée à une sous-partie de la seconde partie conductrice s’étendant entre deux lignes de cellules solaires.
[21] A l’aide des caractéristiques telles qu’une ou plusieurs de celles énumérées ci-dessus, la première et seconde partie conductrice peuvent être conçues pour utiliser de façon optimale la surface du support, par exemple en fournissant une surface maximale pour le placement de cellules solaires par quoi la seconde partie conductrice met à disposition des pistes conductrices qui peuvent, par exemple, s’étendre entre les lignes de cellules solaires, de telle sorte que chaque piste sert à collecter le courant produit, par exemple, par une ou deux lignes de cellules solaires. Par conséquent, la première et seconde partie conductrice peuvent avoir des formes sophistiquées, incluant, quand elles sont vues du dessus, des extensions de l’une desdites parties entrer dans des cavités de l’autre partie, et vice-versa.
[22] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, chaque cellule solaire a une aire de surface de moins de 1 cm2. L’approche de l’invention peut être particulièrement avantageuse dans le cas de cellules solaires relativement petite, telle que des cellules solaires ayant une aire de surface de moins de 1 cm2, de moins de 0.1 cm2 ou même moins de 0.05 cm2 ou 0.01 cm2. Par exemple, des cellules solaires substantiellement rectangulaires - tel que carrées - peuvent être obtenues avec des côtés de moins de 10, 5, 3, 2, 1, ou même 0.5 mm de long. Cela rend possible d’obtenir des cellules solaires rectangulaires à partir d’une galette substantiellement circulaire avec une réduction de perte de matériau de la galette, tandis que l’approche de l’invention rend possible de placer et interconnecter facilement un grand nombre desdites cellules solaires en parallèle, de telle sorte que, en combinaison, elles accomplissent autant qu’une plus grande cellule solaire.
[23] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, chaque cellule solaire est liée à la première partie conductrice par un matériau de liaison conducteur. Utiliser un matériau de liaison conducteur rend possible l’établissement d’une connexion entre le premier contact de chaque cellule solaire et le support en liant simplement la cellule solaire au support en utilisant le matériau de liaison conducteur. Le matériau de liaison conducteur peut être sélectionné pour améliorer le transfert de chaleur entre la cellule solaire et le support.
[24] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, le matériau de liaison conducteur est un alliage d’indium. Les alliages d’indium ont été trouvés utiles et avantageux en rendant le matériau de liaison malléable et ainsi permettre l’utilisation du matériau de liaison réparti sur une partie substantielle de la surface du support sans rendre le support substantiellement plus rigide et réduisant le risque de formation de craquelures quand l’assemblage est soumis à des forces de flexions. De préférence, le support, les cellules solaires et le matériau de liaison sont adaptés les uns aux autres pour présenter, par exemple, des caractéristiques de dilatation thermique similaire. D’un autre côté, l’utilisation d’un alliage métallique, tel qu’un alliage d’indium, est avantageux sur les autres matériaux de liaison tels que les adhésifs polymériques dans la manière où il permet une dissipation efficace de la chaleur dans la couche conductrice sous-jacente, tel que par exemple une couche de cuivre. Dans certaines formes de réalisation de l’invention, le matériau de liaison est un alliage plomb/indium.
[25] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la couche conductrice comprend du cuivre.
[26] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, le support comprend un film de Kapton®, la couche conductrice étant placée sur un film de Kapton®. L’option d’utiliser un film de Kapton® pour le support est pratique pour, par exemple, des applications spatiales.
[27] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, le premier contact de chaque cellule solaire comprend une couche conductrice, telle que métallique, s’étendant sur une partie substantielle de la surface arrière de la cellule solaire respective, de préférence sur plus de 50% de la face arrière de la cellule solaire respective, et plus préférablement sur plus de 90% de la face arrière de la cellule solaire respective. Dans certaines formes de réalisation de l’invention, le premier contact comprend une couche conductrice, tel qu’un métal, couvrant l’entièreté de la face arrière de la cellule solaire. Cela aide à établir un bon et fiable contact avec la première partie conductrice de la couche conductrice du support.
[28] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, chaque cellule solaire comprend au moins une couche à base de composés semi-conducteurs de type III-V. Comme indiqué ci-dessus, une grande utilisation de la galette peut être particulièrement avantageuse quand les cellules solaires sont des cellules solaires à haute efficacité telles que des cellules solaires à base de composés semi-conducteurs de type III-V, impliquant souvent l’utilisation d’un matériau de galette relativement cher.
[29] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, l’assemblage de cellules solaires a une forme substantiellement rectangulaire et une aire de surface dans la gamme 25-400 cm2.
[30] Un autre aspect de l’invention est lié à un assemblage de cellules solaires comprenant une pluralité de sous-assemblages de cellules solaire, chacune de ces sous-assemblages de cellules solaires comprenant un assemblage de cellules solaires selon le premier aspect de l’invention. Comme indiqué ci-dessus, les assemblages de cellules solaires peuvent avantageusement servir en tant que sous-assemblages qui peuvent être interconnectés pour former un assemblage majeur de cellules solaires, comprenant, par exemple, un réseau de chaque sous-assemblages de cellules solaires comprenant une pluralité de chaînes de tels sous-assemblages de cellules solaires, chaque chaîne comprenant une pluralité de sous-assemblages de cellules solaires connectées en série. Par conséquent, une approche modulaire peut être utilisée pour la fabrication d’assemblages de cellules solaires relativement grands à partir de petites cellules solaires, qui sont assemblées pour former des sous-assemblages comme décrits ci-dessus, après quoi les sous-assemblages sont interconnectés pour former un assemblage plus grand.
[31] Un autre aspect de l’invention est lié à une méthode de fabrication d’un assemblage de cellules solaires, comprenant les étapes de : mettre à disposition un support comprenant une couche de support et une couche conductrice ; mettre à disposition une pluralité de cellules solaires, chaque cellule solaire ayant une face avant et une face arrière, chaque cellule solaire ayant un premier contact sur la face arrière et un second contact sur la face avant ; séparer la couche conductrice en une première partie conductrice et une seconde partie conductrice, isolées électriquement l’une de l’autre ; placer la pluralité de cellules solaires sur la première partie de telle sorte que les cellules solaires sont connectées à la première partie conductrice par les premiers contacts ; et connecter les seconds contacts des cellules solaires à la seconde partie conductrice.
[32] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la méthode comprend en outre les étapes de placer au moins une diode sur la seconde partie conductrice avec une première borne de la diode connectée à la seconde partie conductrice, et connecter une seconde borne de la diode à la première partie conductrice. Cette diode peut servir de diode de dérivation pour les cellules solaires.
[33] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, l’étape de séparer la couche conductrice en première partie conductrice et seconde partie conductrice comprend pourvoir au moins une rainure traversant la couche conductrice. Dans certaines formes de réalisation de l’invention, l’étape de pourvoir au moins une rainure comprend pourvoir la rainure par gravure laser ou gravure. Dans d’autres formes de réalisation de l’invention, d’autres méthodes peuvent être utilisées pour pourvoir la ou des rainures.
[34] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, l’étape de pourvoir une rainure comprend pourvoir une rainure suivant un circuit comprenant une pluralité de segments arrangés l’un après l’autre, chaque segment s’étendant avec un angle, tel qu’un angle d’environ 90° par rapport au segment suivant et/ou segment précédent.
[35] Dans certaines formes de réalisation de l’invention, l’étape de mise à disposition d’une pluralité de cellules solaires comprend obtenir une pluralité de cellules solaires substantiellement rectangulaire, tel que carrées, à partir d’une galette substantiellement circulaire. Dans certaines formes de réalisation de l’invention, chacune desdites cellules solaires a une aire de surface de moins de 1 cm2. L’approche de l’invention peut être particulièrement avantageuse dans le cas des cellules solaires relativement petites, telles que des cellules solaires ayant une aire de surface de moins de 1 cm2, de moins de 0,1 cm2 ou même de moins de 0,5 cm2 ou 0,01 cm2. Par exemple, des cellules solaires substantiellement rectangulaires - telles que carrées - peuvent être obtenues dans lesquelles les côtés ont moins de 10, 5, 3, 2, 1 ou même 0,5 mm de long. Cela rend possible l'obtention de cellules solaires rectangulaires à partir d'une galette substantiellement circulaire avec une petite perte de matériau de la galette, alors que l'approche de l'invention rend possible le placement et l'interconnexion facile d'un grand nombre desdites cellules solaires en parallèle, de telle sorte que, en combinaison, elles accomplissent autant qu’une cellule solaire plus grande.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[36] Afin de compléter la description et dans le but d'apporter une meilleure compréhension de l'invention, un jeu de figures est mis à disposition. Lesdits dessins forment une partie intégrante de la description et illustrent des formes de réalisation de l'invention, qui ne devraient pas être interprétés comme limitant l’étendue de l'invention, mais juste comme des exemples de comment l'invention peut être mise en œuvre. Les dessins comprennent les figures suivantes: [37] La Figure 1 illustre schématiquement un agencement de l’art antérieur pour la fabrication d’un réseau de cellules solaires agencées de manière compacte à partir de cellules solaires carrées obtenues à partir d’une galette de cellules solaires circulaire.
[38] La Figure 2 illustre schématiquement comment des cellules solaires agencées de manière compactes afin d’obtenir un coefficient de remplissage maximal implique une maille élémentaire hexagonale pour l’agencement de cellules solaires en un réseau de cellules solaires, ou un assemblage de cellules solaires.
[39] La Figure 3 est une vue en perspective d’un support qui peut être utilisé lors de la mise à œuvre de certaines formes de réalisation de l’invention.
[40] La Figure 4 est une vue en perspective du support après l’étape de découpage d’une rainure sinueuse traversant la couche supérieure métallique du support.
[41] Les Figures 5A-5D illustrent schématiquement une série d’étapes d’un procédé de fabrication d’un assemblage de cellules solaires en utilisant le support de la Figure 4.
[42] La Figure 5E est un schéma électrique de l’assemblage de cellules solaires de la Figure 5D.
[43] Les Figures 6A-6E illustrent schématiquement une série d’étapes d’un procédé de fabrication d’un assemblage de cellules solaires selon une autre forme de réalisation de l’invention.
[44] La Figure 7 est une vue schématique en coupe d’une portion d’un assemblage de cellules solaires conformément à la Figure 5D.
DESCRIPTION DETAILLEE
[45] La présente invention fournit un procédé pour la conception et la fabrication d’un panneau de réseau de cellules solaires en utilisant des sous-assemblages modulaires interconnectés.
[46] La Figure 3 illustre un exemple d’un support qui peut être utilisé dans une forme de réalisation de l’invention. Le support comprend une couche de support isolante 101 et une couche métallique conductrice 102 disposées sur la face supérieure de la couche de support 101. Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la couche métallique 102 est une couche de cuivre, ayant une épaisseur dans la gamme de 1 μm et jusqu’à 50 μm. Dans certaines formes de réalisation, la couche de support 101 est une couche de Kapton®, qui est une couche de film de polyimide. De préférence, la couche métallique est attachée au support sans l’aide d’adhésif, afin de limiter le dégazage lors d’une utilisation dans un environnement spatial. Dans certaines formes de réalisation de l’invention, la couche de support peut avoir une épaisseur dans la gamme de 1 mil (25.4 μm) à 4 mil (101.6 μm). Dans certaines formes de réalisation de l’invention, un support comprenant du Kapton®, ou tout autre matériau de support adapté, peut être fourni sur les deux côtés du film métallique 102, avec des découpes pour la fixation des cellules solaires et des interconnexions au film métallique.
[47] La Figure 4 illustre le support 100 de la Figure 3 après une étape dans laquelle une partie de la couche métallique 102 a été retirée, par exemple par gravure ou gravure laser, par quoi une encoche ou une rainure 103 est formée traversant la couche métallique, la séparant en une première partie conductrice 108 et une seconde partie conductrice 107. On peut remarquer comment les deux parties sont emboîtées l’une dans l’autre : la rainure 103 suit un circuit sinueux, par quoi la première partie conductrice 108 présente un jeu de bandes substantiellement parallèles reliées les unes aux autres à une extrémité de celle-ci. La seconde partie conductrice 107 comprend également un jeu de bandes, s’étendant partiellement parallèlement aux bandes de la première partie conductrice, entre les bandes adjacentes de ladite première partie conductrice. On peut voir comment la première partie conductrice 108 et la seconde partie conductrice 107 sont isolées électriquement l’une de l’autre par la présence de la rainure qui traverse la couche métallique de la face supérieure de celle-ci jusqu’à la couche de support 101.
[48] La Figure 5A illustre schématiquement comment une pluralité de cellules solaires 104 a été attachée à la première partie conductrice 108. Seulement cinq de ces cellules solaires 104 sont montrées dans la Figure 5A pour des questions de simplicité, et dans la Figure 5A, les cellules solaires 104 ont été placées substantiellement espacées les unes des autres. Cependant, en pratique, les cellules solaires 104 sont de préférence proches les unes des autres tout au long de la première partie conductrice, afin d’optimiser l’utilisation de l’espace : il est préférable qu’un pourcentage substantiel, tel que plus de 50%, 60%, 70%, 80% ou 90%, tel que plus de 95%, de la surface du support 101 soit couverte de cellules solaires, afin d’avoir un ratio W/m2 ou W/kg optimum. Chaque cellule solaire comprend un premier contact 111 sur une face arrière ou inférieure de la cellule solaire, comme montré à la Figure 7, et un second contact 105 sur la face avant ou supérieure de la cellule solaire. Dans certaines formes de réalisation, le premier contact 111 comprend une couche métallique couvrant l’entièreté de la face arrière de la cellule solaire ou une partie substantielle de la face arrière de la cellule solaire, et le second contact 105 est placé à côté d’un bord de la face avant de la cellule solaire 104. Le second contact 105 a de préférence une petite aire de surface pour permettre à une partie importante de la face avant de la cellule solaire d’être une surface efficace pour la conversion de la lumière du soleil en énergie électrique. Dans la Figure 5A, le second contact 105 est uniquement montré pour une des cellules solaires, pour des questions de simplicité.
[49] La cellule solaire 104 est de préférence attachée à la première partie conductrice 108 par un matériau de liaison conducteur 112 comme montré sur la Figure 7, tel qu’une couche d’un alliage métallique, tel qu’un alliage d’indium, tel qu’un alliage indium/plomb. Comme il est facilement compréhensible à partir de la Figure 5B et de la Figure 7, la couche métallique comprenant la première partie conductrice 108 sert de dissipateur de chaleur pour les cellules solaires, et un alliage d’indium, tel qu’un alliage indium/plomb, a des caractéristiques de conduction thermique appropriées. Dans le même temps, l’indium est avantageux car il est malléable, et ainsi réduit le risque de fissure au niveau des liaisons entre les cellules solaires et la première partie conductrice 108 quand l’assemblage est soumis à des forces de flexion.
[50] La Figure 5B montre le résultat d’une étape supplémentaire, dans laquelle le second contact 105 de chaque cellule solaire a été connecté à la seconde partie conductrice 107 par un élément de connexion ou interconnexion 106 (une seule de ces interconnexions 106 est montrée dans la Figure 5B, pour des questions de simplicité).
[51] La Figure 5C illustre l’assemblage de cellules solaires après l’étape de fabrication suivante, dans laquelle la diode de dérivation 110 a été fixée à la seconde partie conductrice à une extrémité libre de l’une des bandes. La diode a une borne arrière qui est connecté à la seconde partie conductrice 107, grâce à un alliage d’indium.
[52] La Figure 5D illustre l’assemblage de cellules solaires après l’étape de fabrication suivante dans laquelle une interconnexion de la diode de dérivation 109 est fixée pour connecter électriquement une borne supérieure de la diode de dérivation 110 à la première partie conductrice 108.
[53] La Figure 5E est un schéma électrique de l’assemblage montré à la Figure 5D, dans lequel cinq cellules solaires 104 sont connectées en parallèle entre deux barres omnibus 107 et 108, correspondant à la première et à la seconde partie conductrice, respectivement, et connectées à une diode de dérivation 110 commune aux cinq cellules solaires. Chaque cellule solaire est une cellule solaire multijonction.
[54] Il est clair, à partir de la forme de réalisation montrée schématiquement dans les Figures 5A-5D comment de nombreuses petites cellules solaires, telles que les cellules solaires ayant une aire de surface de moins de 1 cm2, de moins de 0.1 cm2, ou de moins de 0.01 cm2, peuvent être facilement placées sur la première partie conductrice 108 telle que sur différentes sous-zones, pistes ou bandes de la première partie conductrice, et y être liées en liant leurs faces arrières à la première partie conductrice en utilisant un liant conducteur qui connecte ce premier contact ou contact arrière de la cellule solaire à la première partie conductrice 108, et comment les interconnexions peuvent être ajoutées pour connecter les seconds contacts ou contacts supérieurs des cellules solaires à la seconde partie conductrice 107. Une ou plusieurs diodes de dérivation peuvent facilement être ajoutées, comme montré sur les dessins.
[55] Par conséquent, un assemblage d’une pluralité de cellules solaires connectées en parallèle est obtenu, et ce type d’assemblage peut être utilisé comme sous-assemblage, ensemble avec d’autres sous-assemblages du même type, afin de former un assemblage plus grand comprenant des chaînes de sous-assemblages connectés en série.
[56] Les Figures 6A-6E illustrent schématiquement les différentes étapes d’un procédé selon une autre forme de réalisation de l’invention. Dans la Figure 6A, le substrat est montré après l’élimination d’une partie de la couche métallique, de telle sorte que la couche de substrat 201, telle qu’une couche de Kapton®, est recouverte par une première partie conductrice 208 et une seconde partie conductrice 207. La seconde partie conductrice 207 comprend trois segments suivant un circuit sinueux ou une partie d’un circuit sinueux, et la première partie conductrice 208 comprend quatre sections majeures, substantiellement carrées, interconnectées par trois courtes bandes. Dans la Figure 6B, une cellule solaire substantiellement rectangulaire a été placée sur chacune des sections carrées de la première partie conductrice 208. La Figure 6C est une vue en perspective dans laquelle les seconds contacts 205 des cellules solaires 204 peut être observés. La Figure 6D illustre schématiquement comment une interconnexion 206 a été ajoutée pour connecter le second contact 205 d’une des cellules solaires 204 à la seconde partie conductrice ou barre omnibus 207 (une seule interconnexion est montrée sur le dessin, pour des questions de simplicité). Dans la Figure 6E, une diode de dérivation 210 et son interconnexion ont été ajoutés pour interconnecter la première partie conductrice et la seconde partie conductrice.
[57] Pareillement que pour les Figures 5A-5D, les Figures 6A-6E ont seulement pour intention de montrer schématiquement une forme de réalisation de l’invention. En pratique, la distribution spatiale différera grandement : les cellules solaires sont agencées de manière à être relativement proches les unes des autres et arrangées à occuper le plus d’espace de l’assemblage, afin de contribuer à une utilisation efficace de l’espace d’un point de vue du ratio W/m2 [58] La Figure 7 illustre schématiquement des couches d’une coupe d’une partie de l’assemblage de la forme de réalisation de la Figure 5D. Une couche de support en Kapton® 101 supporte des bandes de cuivre 108 et 107, et une cellule solaire 104 ayant une couche métallique inférieure 111 formant un premier contact est liée à la bande de cuivre 108 par une couche d’alliage d’indium 112. Un second contact 105 sur la face supérieure de la cellule solaire 104 est connectée à la bande de cuivre 107 par l’interconnexion 106.

Claims (15)

  1. Revendications
    1. Une méthode de fabrication d’un assemblage de cellules solaires comprenant les étapes de : mettre à disposition un support (101) ; mettre à disposition une pluralité de cellules solaires (104) à base de composés semiconducteurs de type III-V chaque cellule solaire ayant une face avant et une face arrière, chaque cellule solaire ayant un premier contact (111) sur la surface arrière et un second contact (105) sur la face avant ; déposer au moins une couche conductrice sur le support, l’au moins une couche conductrice comprenant une première partie conductrice (108) et une seconde partie conductrice (107), chaque partie étant isolée électriquement l’une de l’autre sur le support ; lier la pluralité de cellules solaires (104) sur la première partie conductrice (108) de telle sorte que les cellules solaires connectées électriquement directement et/ou à travers un matériau de liaison conducteur à la première partie conductrice par le premier contact (111) de ces cellules solaires ; connecter les seconds contacts (105) de chaque cellule solaire à la seconde partie conductrice (107) de telle sorte que la pluralité de cellules solaires soit connectée en parallèle.
  2. 2. La méthode selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes de placer au moins une diode de dérivation (110) sur la première partie conductrice avec une première borne de première polarité de la diode connectée à la seconde partie conductrice, et une seconde borne de seconde polarité de la diode à la première partie conductrice.
  3. 3. La méthode selon la revendication 1 ou revendication 2, où le support comprend une face supérieure et une face inférieure, la première partie conductrice et la seconde partie conductrice sont disposées sur la même face du support et sont isolées électriquement l’une de l’autre par au moins une rainure (103) traversant la couche conductrice.
  4. 4. La méthode selon la revendication 3, où la rainure suit un circuit comprenant une pluralité de segments arrangés l’un après l’autre, chaque segment s’étendant avec un angle par rapport au segment précédent et/ou segment suivant.
  5. 5. La méthode selon la revendication 3 ou 4, où la rainure comprend une pluralité if' segments, au moins un desdits segments s’étendant parallèlement par rapport à un autre desdits segments.
  6. 6. La méthode selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, où au moins une partie de la rainure suit un circuit substantiellement sinueux.
  7. 7. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où la seconde partie conductrice (107) comprend une pluralité de sous-parties substantiellement allongées qui s’étendent entre des sous-parties de la première partie conductrice.
  8. 8. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où l’aire de surface de la première partie conductrice (108) est plus grande que l’aire de surface de la seconde partie conductrice (107).
  9. 9. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où l’assemblage de cellules solaires comprend une pluralité de rangées de cellules solaires placées sur la première partie conductrice (108), chaque rangée de cellules solaires étant connectée à une sous-partie de la seconde partie conductrice s’étendant entre deux rangées de cellules solaires.
  10. 10. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où chaque cellule solaire a une aire de surface de moins de 1 cm2.
  11. 11. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où chaque cellule solaire est liée à la première partie conductrice par un matériau de liaison conducteur (112).
  12. 12. La méthode selon la revendication 11, où le matériau de liaison conducteur est un alliage d’indium.
  13. 13. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où le support (101) comprend un film de polyimide ayant une épaisseur entre 25.4 μm et 101.6 μm.
  14. 14. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où le supporp comprend une face supérieure et une face inférieure, la première partie conductrice et la seconde partie conductrice sont disposées sur la même face du support et sont isolées électriquement l’une de l’autre par au moins une rainure (103) séparant la première partie conductrice de la seconde partie conductrice.
  15. 15. La méthode selon une quelconque des revendications précédentes, où l’aire de surface de l’assemblage est dans la gamme de 25 à 400 cm2.
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