Ensemble à pile solaire et procédé de fixation d'une barre omnibus à une pile solaire L'invention concerne les piles solaires, et plus particulièrement des piles solaires présentant un réseau d'électrodes conductrices et dés interconnexions à barres omnibus qui sont appliqués sur la pile solaire en une seule opération de soudage par immersion.
Des dispositifs photovoltalques tels que des
piles solaires au silicium s'annoncent comme une alternative valable à la génération d'énergie à partir de combustibles fossiles ne se régénérant pas. L'énergie de la lumière
(photons) arrivant sur la surface d'une pile solaire doit pénétrer dans la pile et être absorbée par cette dernière pour être convertie en un courant électrique. Le courant électrique est conduit par des électrodes jusqu'à des barres omnibus qui sont reliées à des inter-connecteurs reliant
de nombreuses piles les unes aux autres pour former un panneau solaire. Dans l'art antérieur, des barres omnibus sont parfois fixées directement à la pile solaire par chauffage par induction ou par d'autres moyens de soudage. Des conducteurs aboutissant aux connexions communes sont également parfois soudées directement sur la pile'solaire. Ceci a pour inconvénient de soumettre la pile solaire à
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thermique supplémentaire. Il peut en résulter une détérioration de la pile solaire. Par contre, selon l'invention,
les barres omnibus sont fixées par un procédé de soudage
par immersion et constituent un moyen pour interconnecter
des piles sans soumettre par ailleurs ces dernières à un chauffage risquant de les détériorer. Tout risque de fissuration de la pile solaire est éliminé ou notablement réduit. Selon
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de la pile solaire et servent donc d'inter-connecteurs pour relier électriquement le 3 piles solaires entre elles,
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plus, la présente invention concerne également un moyen permettant de fixer les barres omnibus et de réaliser une grille conductrice prémétallisée en une seule opération d'immersion dans la soudure.
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et N[deg.] 4 312 692 décrivent respectivement l'utilisation d'adhésifs pour fixer des composants électriques à des substrats avant le soudage. Ces brevets décrivent en général le recouvrement par de la soudure du composant collé. De grandes surfaces de substrat sont revêtues d'adhésifs qui empêchent la soudure de s'infiltrer au-dessous du composant par capillarité. Habituellement, seule la périphérie du composant est fixée directement au substrat. Ce type d'adhérence ne réalise pas une liaison mécanique robuste . et une bonne connexion électrique.
Par contre, la présente invention utilise un adhésif auto-collant à haute température et double face appliqué par points entre le barre omnibus et la surface
de la pile solaire. Cette application par points laisse
un jeu permettant à la soudure de s'écouler par capillarité entre la face inférieure de la barre omnibus et la surface de la pile solaire. En pratique, la totalité de la face inférieure de la barre omnibus est reliée mécaniquement
et électriquement à la surface de la pile solaire, réalisant ainsi une connexion très robuste. L'adhésif auto-collant selon l'invention présente également l'avantage supplémentaire de ne pas nécessiter une étape séparée de durcissement pour être fixé en position, comme décrit dans le brevet N[deg.] 3 553 030 précité.
L'adhésif haute température selon l'invention résiste à l'attaque par le bain de soudure fondu, et l'application par deux faces offre une facilité de pose qui n'existe pas dans l'art antérieur.
L'invention concerne un procédé de pose de barres omnibus sur une surface de pile solaire, qui comprend les étapes consistant à fixer par points les barres omnibus à la pile solaire et à souder par immersion la pile solaire
à laquelle les barres omnibus sont fixées, de manière que
la soudure s'écoule entre les barres omnibus et la pile solaire par capillarité. La fixation par points laisse un jeu entre les barres omnibus et la surface de la pile solaire pour permettre à la soudure fondue de s'écouler entre elles. La liaison réalisée par la soudure entre les barres omnibus et la surface de la pile solaire accroît
la robustesse de la liaison mécanique et électrique réalisée entre les barres omnibus et la surface conductrice de la pile solaire.
La surface supérieure de la pile peut comporter une surface conductrice constituant une grille. Un réseau
en grille prémétallisé est rendu conducteur par l'application de la soudure qui sert également à fixer, en même temps, les barres omnibus à la pile solaire. Les barres omnibus peuvent être fixées par points à la pile solaire
au moyen d'un adhésif double face dans la forme préféras
de réalisation.
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des dessins annexés à titre d'exemples nullements limitatifs et sur lesquels :
la figure 1 est une vue de dessus d'une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées conformément à l'invention
- les figures 2 et 3 sont des coupes transversales à échelle agrandie de la pile solaire au cours d'étapes successives de la technique de fabrication ; - la figure 4 est une coupe transversale à échelle agrandie d'une variante d'une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées par la mise en oeuvre du procédé de l'invention ;
- la figure 5 est une coupe à échelle agrandie suivant la ligne 5-5 de la figure 1, montrant une pile solaire à laquelle des barres omnibus sont fixées par le procédé de l'invention ; et
- la figure 6 est une coupe transversale à échelle agrandie de deux piles solaires interconnectées conformément à la présente invention.
L'invention concerne donc une pile solaire présentant un réseau particulier d'électrodes et un agencement particulier de barres omnibus, ainsi qu'un procédé
de fixation du réseau d'électrodes et des barres omnibus
à la pile solaire en une seule opération permettant l'interconnexion de piles solaires, sans refusion de la matière conductrice du courant électrique (par exemple de la soudure) qui fixe les barres omnibus à la pile et forme les . électrodes de la pile.
La figure 1 est une vue de dessus d'une pile solaire dont le réseau d'électrodes et les barres omnibus ont été réalisés conformément à la présente invention. Les figures 2 et 3 montrentcomment le réseau d'électrodes est formé. Les figures 4 et 5 montrent l'agencement des barres omnibus. La figure 6 montre l'interconnexion de deux piles solaires. Sur la figure 2, une tranche 8 de silicium, ayant une région 10 d'un premier type de conductivité, qui peut comprendre du silicium de type P ou de type N, est soumise à une diffusion pour former une région 12 de type
de conductivité opposé à celui de la conductivité de la
région 10 afin qu'il se forme une jonction semiconductrice autrement désignée jonction P-N (ou N-P) dans la zone
de l'interface entre les régions 10 et 12. Les procédés
de diffusion et de formation de jonctions sont bien connus de l'homme de l'art. En outre, le procédé de l'invention peut être utilisé aussi bien sur des piles du type N/P
que sur des piles du type P/N.
Comme représenté sur la figure 1, des électrodes
20 (six électrodes étant représentées schématiquement)
sont disposées perpendiculairement à des barres omnibus 30. La surface totale occupée par les électrodes et les barres omnibus est d'abord rendue conductrice et soudable par dépôt d'une couche métallique convenable, par exemple du nickel, ou de toutes autres matières soudables convenables
y compris de l'argent et du cuivre. Des procédés pour déposer de telles couches métalliques, qui réalisent le contact électrique primaire avec le silicium, sont bien connus de l'homme de l'art.
A titre d'exemple, une mince couche 18 de nickel est déposée sans courant électrique. Cette couche peut
être insuffisamment conductrice pour servir d'électrodes convenables de transport de courant dans la plupart des applications des piles solaires. Par conséquent, des secondes couches 20 et 21 formant des électrodes conductrices et constituées d'un métal de conductivité électrique relativement élevée, peuvent être formées par immersion dans de
la soudure, électrodéposition ou autre. Dans une forme préférée de réalisation, la zone de la surface de la pile comprenant au moins l'électrode 18 de nickel est mise en contact avec un fondant de soudure, puis avec de la soudure en fusion pour former une couche 20 constituée de soudure après que les barres omnibus ont été fixées à la surface
du nickel.
La figure 5 représente en coupe l'agencement d'une barre omnibus. Avant l'application de la soudure 20 sur la pile comme décrit ci-dessus, les barres omnibus 30 sont fixées mécaniquement à une partie 32 du réseau d'électrodes revêtu de nickel. Dans cette position fixe, les barres omnibus 30 et le réseau 32 revêtu de nickel situé au-dessous des barres omnibus sont co-linéaires et forment un intervalle entre eux. La barre omnibus 30 est fixée au réseau 32 de nickel par un moyen résistant aux températures élevées. Cette résistance aux températures élevées est demandée par le fait que la barre omnibus est fixée au réseau d'électrodes de nickel par une connexion électrique en même temps que la couche 20 d'électrodes est formée.
La matière conductrice du courant électrique est habituellement appliquée ou formée à des températures élevées. Par exemple, si la matière conductrice du courant électrique est de la soudure 34 comme c'est le cas dans la forme préférée de réalisation, les moyens pour fixer les barres omnibus 30 au réseau 32 d'électrodes de nickel doivent opérer à une température d'environ 200[deg.]C. Les barres omnibus 30 peuvent être réalisées en toute matière soudable convenable, bien que les matières préférées soient le cuivre ou un alliage "Invar" revêtu de cuivre.
Un procédé préféré pour fixer les barres omnibus
30 au réseau 32 d'électrodes de nickel consiste à coller les barres sur le nickel au moyen d'un ruban auto-collant double face 36 capable d'opérer dans la plage de température de 180 à 220[deg.]C. Un ruban de ce type comprend généralement une bande adhésive en polymère acrylique. La bande 36 est appliquée sous une pression ferme exercée par intermittence le long des barres omnibus 30. Ces dernières sont ensuite fixées au réseau 32 d'électrodes de nickel à l'aide du ruban 36. La pile peut ensuite être soudée par immersion
de manière que la soudure 34 remplisse l'espace formé entre les barres omnibus 30 et le réseau 32 d'électrodes de nickel, en plus de recouvrir le réseau d'électrodes restant afin que la soudure 20 et 34 forme un conducteur continu du point de vue électrique. L'espace compris entre les barres omnibus et le nickel peut être rempli par capillarité par la soudure. Un exemple de ruban acrylique convenable est le ruban adhésif acrylique "A-10 ISOTAC Type Y-9469" de la firme 3M. Le ruban ne recouvre qu'une faible zone de
la surface des barres omnibus et il subsiste sur la pile une fois qu'elle est achevée. Le ruban ne nécessite pas
de maturation et il réalise un coussin élastique qui élimine les contraintes internes entre les matières liées ayant des propriétés de dilatation thermique différentes. Une autre conséquence de l'utilisation d'un adhésif acrylique est qu'il est constitué d'un polymère non corrosif, pratiquement inerte, à faible dégagement gazeux, possédant, de par sa nature, une stabilité et une résistance durables.
Les figures 3 et 5 représentent une électrode ohmique et des barres omnibus 40 formées sur la surface inférieure, en même temps que la formation des couches 18 et 20 et les barres omnibus 30. Cependant, étant donné que la surface inférieure n'est pas exposée aux rayons solaires incidents, la couche 22 de nickel peut être une couche continue recouvrant totalement la surface inférieure de la région 10. Les barres omnibus 40 sont fixées à la couche
22 de nickel d'une façon similaire à celle utilisée sur
le dessus de la pile. Autrement dit, les barres omnibus 40 sont fixées à la couche 22 de nickel au moyen d'un ruban auto-collant double face 26 en polymère acrylique, placé par intermittence le long de ces barres. La surface de la couche 22 de nickel est revêtue d'une matière 21 conductrice du courant électrique, par exemple de la soudure, et l'espace compris entre les barres omnibus 40 et la couche
22 de nickel est,rempli d'une matière similaire 24 af in
que la matière conductrice 21 et 24 forme une couche continue du point de vue électrique.
La figure 4 montre une autre forme de réalisation des barres omnibus 30 (seules les barres omnibus supérieures étant représentées) . Dans ce cas, les barres peuvent être déformées autour du ruban pour réduire l'épaisseur du dépôt de soudure 34 qui s'écoule par capillarité entre
les barres omnibus 30 et le réseau 32 d'électrodes de nickel. Cette épaisseur réduite de la soudure réalise cependant une liaison mécanique et électrique robuste .
Les barres omnibus 30 de la surface supérieure
et les barres omnibus 40 de la surface inférieure de la pile 8 dépassent du bord de cette pile 8 sur une distance suffisante pour permettre l'interconnexion de piles solaires. Ces saillies 28 de la barre omnibus 30 et 42 de la barre omnibus 40 servent d'interconnexion reliant électriquement une pile solaire 8 à des piles solaires adjacentes (voir figure 6) si l'on utilise plus d'une pile solaire pour former un réseau. Par conséquent, l'extrémité 28 de la barre omnibus 30 peut être reliée à l'extrémité 42 de la barre omnibus 42 sans provoquer une refusion de la soudure appliquée sur la pile 8.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la pile décrite et représentée
sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Ensemble à pile solaire, caractérisé en ce qu'il comporte une pile solaire qui présente une surface conductrice, au moins une barre omnibus (30) reliée à ladite surface conductrice de la pile solaire, et des moyens pour connecter la barre omnibus à la pile solaire, ces moyens comprenant au moins une partie (36) de matière adhésive disposée entre la barre omnibus et la pile solaire et au moins une partie (34) de soudure disposée au-dessous de la barre omnibus, à proximité de la matière adhésive.
The invention relates to solar cells, and more particularly to solar cells having a network of conductive electrodes and of interconnections to bus bars which are applied to the battery. solar in a single immersion welding operation.
Photovoltaic devices such as
Silicon solar cells are shaping up to be a viable alternative to generating energy from non-regenerating fossil fuels. The energy of light
(photons) arriving on the surface of a solar cell must penetrate into the cell and be absorbed by the latter to be converted into an electric current. Electric current is carried by electrodes to bus bars which are connected to interconnectors connecting
many piles together to form a solar panel. In the prior art, bus bars are sometimes attached directly to the solar cell by induction heating or other welding means. Conductors leading to the common connections are also sometimes soldered directly to the solar cell. This has the disadvantage of subjecting the solar cell to
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additional thermal. This can result in damage to the solar cell. However, according to the invention,
the bus bars are fixed by a welding process
by immersion and constitute a means to interconnect
batteries without otherwise subjecting them to heating which could damage them. Any risk of cracking the solar cell is eliminated or significantly reduced. According to
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of the solar cell and therefore serve as inter-connectors to electrically connect the 3 solar cells to each other,
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Furthermore, the present invention also relates to a means making it possible to fix the bus bars and to produce a pre-metallized conductive grid in a single operation of immersion in the weld.
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and N [deg.] 4,312,692 respectively describe the use of adhesives to fix electrical components to substrates before welding. These patents generally describe the covering by welding of the bonded component. Large areas of substrate are coated with adhesives which prevent the solder from infiltrating below the component by capillary action. Usually, only the periphery of the component is fixed directly to the substrate. This type of adhesion does not achieve a robust mechanical connection. and a good electrical connection.
On the other hand, the present invention uses a high-temperature, double-sided self-adhesive adhesive applied by points between the bus bar and the surface.
of the solar cell. This dot app leaves
a clearance allowing the weld to flow by capillarity between the underside of the busbar and the surface of the solar cell. In practice, the entire underside of the busbar is mechanically connected
and electrically on the surface of the solar cell, thus achieving a very robust connection. The self-adhesive adhesive according to the invention also has the additional advantage of not requiring a separate curing step to be fixed in position, as described in patent N [deg.] 3,553,030 cited above.
The high temperature adhesive according to the invention resists attack by the molten solder bath, and the application by two faces offers ease of installation which does not exist in the prior art.
The invention relates to a method for laying bus bars on a solar cell surface, which comprises the steps of fixing the bus bars by points to the solar cell and welding the solar cell by immersion.
to which the bus bars are attached, so that
the solder flows between the bus bars and the solar cell by capillary action. The point fixing leaves a clearance between the bus bars and the surface of the solar cell to allow the molten solder to flow between them. The bond created by the welding between the bus bars and the surface of the solar cell increases
the robustness of the mechanical and electrical connection made between the bus bars and the conductive surface of the solar cell.
The upper surface of the stack may include a conductive surface constituting a grid. A network
pre-metallized grid is made conductive by the application of solder which also serves to fix, at the same time, the bus bars to the solar cell. Busbars can be attached at points to the solar cell
using a double-sided adhesive in the preferred form
of achievement.
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drawings annexed by way of nonlimiting examples and in which:
Figure 1 is a top view of a solar cell to which bus bars are attached according to the invention
- Figures 2 and 3 are cross sections on an enlarged scale of the solar cell during successive stages of the manufacturing technique; - Figure 4 is a cross section on an enlarged scale of a variant of a solar cell to which bus bars are fixed by the implementation of the method of the invention;
- Figure 5 is a section on an enlarged scale along line 5-5 of Figure 1, showing a solar cell to which bus bars are attached by the method of the invention; and
- Figure 6 is a cross section on an enlarged scale of two solar cells interconnected according to the present invention.
The invention therefore relates to a solar cell having a particular network of electrodes and a particular arrangement of bus bars, as well as a method
for fixing the network of electrodes and bus bars
to the solar cell in a single operation allowing the interconnection of solar cells, without reflowing the conductive material of the electric current (for example welding) which fixes the bus bars to the battery and forms them. battery electrodes.
FIG. 1 is a top view of a solar cell, the network of electrodes and the bus bars of which have been produced in accordance with the present invention. Figures 2 and 3 show how the electrode array is formed. Figures 4 and 5 show the arrangement of the bus bars. Figure 6 shows the interconnection of two solar cells. In FIG. 2, a wafer 8 of silicon, having a region 10 of a first type of conductivity, which can comprise P-type or N-type silicon, is subjected to a diffusion to form a region 12 of type
of conductivity opposite to that of the conductivity of the
region 10 so that a semiconductor junction otherwise known as a P-N (or N-P) junction is formed in the region
of the interface between regions 10 and 12. The processes
diffusion and formation of junctions are well known to those skilled in the art. In addition, the method of the invention can be used both on N / P type batteries
than on P / N type batteries.
As shown in Figure 1, electrodes
20 (six electrodes being shown diagrammatically)
are arranged perpendicular to bus bars 30. The total area occupied by the electrodes and the bus bars is first made conductive and weldable by depositing a suitable metallic layer, for example nickel, or any other suitable weldable material
including silver and copper. Methods for depositing such metallic layers, which make primary electrical contact with silicon, are well known to those skilled in the art.
For example, a thin layer 18 of nickel is deposited without electric current. This layer can
be insufficiently conductive to serve as suitable current carrying electrodes in most solar cell applications. Therefore, second layers 20 and 21 forming conductive electrodes and made of a metal of relatively high electrical conductivity, can be formed by immersion in
welding, plating or other. In a preferred embodiment, the area of the surface of the cell comprising at least the nickel electrode 18 is brought into contact with a solder flux, then with molten solder to form a layer 20 consisting of solder after that the bus bars have been attached to the surface
nickel.
Figure 5 shows in section the arrangement of a bus bar. Before the application of the weld 20 to the stack as described above, the bus bars 30 are mechanically fixed to a part 32 of the network of electrodes coated with nickel. In this fixed position, the bus bars 30 and the nickel-coated network 32 located below the bus bars are co-linear and form a gap between them. The bus bar 30 is fixed to the nickel network 32 by means resistant to high temperatures. This resistance to high temperatures is demanded by the fact that the busbar is fixed to the network of nickel electrodes by an electrical connection at the same time as the layer of electrodes is formed.
The electrically conductive material is usually applied or formed at elevated temperatures. For example, if the conductive material of the electric current is solder 34 as is the case in the preferred embodiment, the means for fixing the bus bars 30 to the network 32 of nickel electrodes must operate at a temperature d 'around 200 [deg.] C. The bus bars 30 can be made of any suitable weldable material, although the preferred materials are copper or an "Invar" alloy coated with copper.
A preferred method for fixing bus bars
30 to the network 32 of nickel electrodes consists in gluing the bars on the nickel by means of a double-sided self-adhesive tape 36 capable of operating in the temperature range from 180 to 220 [deg.] C. A tape of this type generally comprises an adhesive strip of acrylic polymer. The strip 36 is applied under firm pressure intermittently exerted along the bus bars 30. The latter are then fixed to the network 32 of nickel electrodes using the tape 36. The stack can then be welded by immersion
so that the solder 34 fills the space formed between the bus bars 30 and the network 32 of nickel electrodes, in addition to covering the remaining electrode network so that the solder 20 and 34 forms a continuous conductor from the point of electric view. The space between the bus bars and the nickel can be filled by capillary action by welding. An example of a suitable acrylic tape is the "A-10 ISOTAC Type Y-9469" acrylic adhesive tape from the company 3M. The ribbon covers only a small area of
the surface of the bus bars and it remains on the stack once it is completed. Ribbon does not require
of maturation and it produces an elastic cushion which eliminates internal stresses between the bound materials having different thermal expansion properties. Another consequence of the use of an acrylic adhesive is that it consists of a non-corrosive, practically inert, low-gassing polymer, having, by its nature, lasting stability and resistance.
Figures 3 and 5 show an ohmic electrode and bus bars 40 formed on the lower surface, together with the formation of layers 18 and 20 and the bus bars 30. However, since the lower surface is not exposed to the incident solar rays, the nickel layer 22 can be a continuous layer completely covering the lower surface of the region 10. The bus bars 40 are fixed to the layer
22 nickel in a similar fashion to that used on
the top of the stack. In other words, the bus bars 40 are fixed to the nickel layer 22 by means of a double-sided self-adhesive tape 26 of acrylic polymer, placed intermittently along these bars. The surface of the layer of nickel 22 is coated with a material 21 conductive of the electric current, for example welding, and the space between the bus bars 40 and the layer
22 nickel is, filled with a similar material 24 af in
that the conductive material 21 and 24 form a continuous layer from the electrical point of view.
Figure 4 shows another embodiment of the bus bars 30 (only the upper bus bars being shown). In this case, the bars can be deformed around the tape to reduce the thickness of the solder deposit 34 which flows by capillarity between
the bus bars 30 and the network 32 of nickel electrodes. This reduced thickness of the weld, however, provides a robust mechanical and electrical connection.
Bus bars 30 from the upper surface
and the bus bars 40 of the lower surface of the stack 8 protrude from the edge of this stack 8 by a distance sufficient to allow the interconnection of solar cells. These projections 28 of the bus bar 30 and 42 of the bus bar 40 serve as an interconnection electrically connecting a solar cell 8 to adjacent solar cells (see FIG. 6) if more than one solar cell is used to form a network. . Consequently, the end 28 of the bus bar 30 can be connected to the end 42 of the bus bar 42 without causing a reflow of the solder applied to the stack 8.
It goes without saying that many modifications can be made to the battery described and represented.
without departing from the scope of the invention.
CLAIMS
1. Solar cell assembly, characterized in that it comprises a solar cell which has a conductive surface, at least one bus bar (30) connected to said conductive surface of the solar cell, and means for connecting the bus bar to the solar cell, these means comprising at least one part (36) of adhesive material disposed between the bus bar and the solar cell and at least one solder part (34) disposed below the bus bar, close to the material adhesive.