FR2577716A1 - Piles solaires integrees et leur procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE PILE SOLAIRE INTEGREE COMPRENANT UN STRATIFIE FORME D'UNE COUCHE ELECTRODE INFERIEURE, D'UNE COUCHE DE SEMI-CONDUCTEUR PHOTOSENSIBLE ET D'UNE COUCHE ELECTRODE SUPERIEURE SUR UN SUBSTRAT, ET COMPRENANT UNE PLURALITE DE PILES ELEMENTAIRES CONNECTEES EN SERIE. CETTE PILE EST CARACTERISEE EN CE QUE LA COUCHE ELECTRODE SUPERIEURE 5 OU LA COUCHE DE SEMI-CONDUCTEUR 3 AU MOINS, DANS LE STRATIFIE, PRESENTE UNE RAINURE 6 GRAVEE PAR FAISCEAU LASER SUIVANT UN MOTIF PRE-ETABLI ET UNE BANDE ISOLANTE 4A EST DISPOSEE ENTRE LA COUCHE ELECTRODE SUPERIEURE 5 ET LA COUCHE DE SEMI-CONDUCTEUR 3 OUET ENTRE LA COUCHE ELECTRODE INFERIEURE 2 ET LA COUCHE DE SEMI-CONDUCTEUR 3 SUIVANT LE MOTIF PRE-ETABLI.
Description
La prAsente invention concerne des piles solaires
intéqraes et plus particulièrement des piles solaires intA-
qrées semi-conducteur en silicium amorphe formées sur un
substrat flexible du type ruban.
Les couches de semi-conducteur en silicium amorphe ont 4té larqement 4tudiées en vue de leur utilisatinn en tant nue couche de semi-conducteur pour une pnie solaire puisqu'elles peuvent être d4pos6es d'une manière unifnrme
sur une large surface, sur un substrat, h basse temp-érature.
In par décomposition par décharge de gaz silane ou similaire et puisque divers substrats tels que verre, films de poilym?-,, plaques de céramique et feuilles métallinues. peuvent être utilisés. On connait déj.i, en tant que structure de base d'une piie solaire à semi-conducteur en silicium amorphe. un stratifié constitué par une couche électrode m4tailiaoue!une couche de semi-conducteur en silicium amorphe/une couche électrode transparente, ce stratifié étant formé sur les
différents substrats précités.
Ii est facile de déposer une couche de semi-conduc-
2n teur en silicium amorphe sur un substrat du type ruban com-
portant une couche électrode métallique, en utilisant les
caractéristioues précitées de déposition d'un film de semi-
conducteur en silicium amorphe et en utilisant un procédé "
de bobine à bobine " décrit dans la demande de brevet jiapo-
?5 nais publiée avant examen No 59-34 66R et dans ie brevet UlS-4 A3R 723, ou bien encore le procéd4 de formation séparée à trois chambres décrit dans la revue,3apanese of Appiied Physics, Vol. 21, No. 3, p., 413 (lOQ92. Il est également aisé de former une couche électrode transparente sur la 3f couche de semi-conducteur en siliciumm amorphe en dé.posant
un oxyde conducteur transparent.
Pour pouvoir utiliser le stratifi. r4suitant en tant ou'aiimentation électrique il est nécessaire de DrYvoir des
bornes sur la couche électrode m4tallinoue et la couche élec-
trode transparente. En outre pour obtenir une tension de sortie]-evée nécessaire pour une utilisation pratique, ii est nécessaire de diviser le stratifié ou une'pile solaire en piles éi4mentaires et de connecter en srie ies piles 41iêmentaires en reliant électriquement une couche électrode m4tallique d'une pile éiémentaire h une couche dlectrode transparente de la pile diémentaire voisine, parce que il tension de sortie d'une telle pile solaire est comprise dans la gamme allant d'environ q,6 à 5 V quelle que soit sa sutir- face. Dans ces cas. habituellement. la couche eir'etrode métallique ou la couche Aiectrode inférieure du stratifi' est exposée en premier et elle est ensuite connec+ 4e ? Sa couche électrode transparente ou à la couche supérieure du stratifié. Pour exposer la couche électrode mitallinue on a
utilisé ou proposé les procédés suivants -
a) Utilisation d'un masque métallique pendant la déposition de la couche de silicium amorphe (brevet.1q-4 245 836); b) Enlèvement d'une partie de la couche de siiicium amorphe par un proc4de d'attaque chimique par voie humide ou sèche, après déposition de la couche de silicium amorphe: c) Enlèvement d'une partie de la seule couche de silicium amorphe par irradiation au moyen d'un faisseau
2n laser, afin de la faire fondre et de la vaporiser, après de-
position de la couche de silicium amorphe (S. Yamazaki et ai, "Mast-Less Fabrication of a-Si Solar Cell lUsing Laser Scribe Process", TEEE, Photovoltaic Specialist Conference,
May 19R4, pages 206-211).
Parmi les procèdes précités, le procédé a! ne con-
vient pas pour un traitement de bobine 5 bobine ou un trai-
tement sur une large surface. Même dans le procédé de dépn-
sition de silicium amorphe, le proc4dé a) ne donne pas un bon motif et il ne permet pas d'exposer aisément en partie 3q1 la surface de la couche électrode métallique dans un bon
état électrique, parce que le cheuffage pendant la déposi-
tion du silicium amorphe empêche un bon contact entre ie
substrat et le masque, par suite de la différence des coef-
ficients de dilatation thermique, et du fait oue par consz-
quent du silicium amorphe se dépose dans l'espace compris entre le substrat et le masque. En outre il est difficile de contrôier i'6cart d'aiiqn-ment à environ n,5 mm lors de
i'aiJqnement du masque.
Le procédé b) peut être utilis. par une combinaison d'un revêtement de vernis et d'une attaque chimique mais il ne convient pas pour la fabrication de piles solaires avec un faible prix de revient. dans le cas d'une production en grande série, parce qu'il exige de nombreuses étanes telles que le dépôt d'un vernis protecteur, l'exposition, le lavinq
et l'attaque chimique.
En outre des piles solaires intéqrées produites par les procédés précités a) ou b) exigent une qranrdep surfaceP pour une portion de connexion, afin de permettre la iiaision des diverses piles élementaires entre elles. Ceci réduit la surface active et par conséquent le rendement sunerficiei
des piles solaires intégrées.
L'utilisation d'un faisseau laser pour diviser un stratifié ou une pile solaire d'une grande dimension en piles élementaires permet de sélectionner la largeur de la
rainure divisant les piles élémentaires dans une gamme ai-
lant de plusieurs dizaines ?t plusieurs centaines de micro-
mètres, et ce en commandant le système optique, et eilP permet une subdivision précise en piles élémentaires ayant les formes désirées, au moyen d'un systbme de commande par ordinateur ayant un proqramme pour les formes ou motifs désirms. En outre, en déplaeçant des miroirs ou des fibres optiques d'un système optique, il est possible de subdiviser
une pile solaire sur un substrat large du type ruban d4fi-
lant continuellement. Ainsi le procédé c) permet d'obtenir
une bonne productivité dans la subdivision d'une pile so-
laire.
Suivant l'invention on a essayé d'utiliser un fais-
3n ceau laser pour diviser une pile solaire. Le résultat a été que l'on a trouvé que la couche électrode métallique est endommaqée par i'irradiation d'un faisseau laser nécessaire pour fondre et évaporer la couche de silicium sur la couche
métallique, même si la couche électrode métallique est cons-
tituée en un métal 3 point de fusion élevé. Ce phénom. ne perturbe l'état de surface électrique de la couche 4lectrode métailique. Si la couche électrode métailique est réaiise en un métai; has point de fusion. l'enlèvement sélectif de la couche de silicium est impossible. En outre ies dnnmanes
causés par ia chaleur ?i la couche de silicium amorphe ap-
paraissent autour de ia zone o a frappé le faisceau laser. En particulier on a trouvé, par soectrométrie Raman. nue dans cette zone ne produit la cristallisation de ia colche' de silicium amorphe. Si une cristallisation apparaît dans la couche de silicium, 8la conductivité dans l'obscurit'! est acrue dans la portion cristallisée et les ionctions"p-i-n"
à l'endroit de cette portion sont détruites,ce oui se Lra-
duit par la disparition de l'effet de redressement. La force
electromotrice produite dans la pile solaire est par cons--
quent perdue dans ia portion cristallisée après le procédé E": gravure par laser. En outre l'observation d'une section
de la portion subdivisée au moyen d'un microscope électro-
nique à balayage a montré que la couche électrode métailinue inférieure et la couche électrode transparente supérieure sont jointes électriquement l'une à l'autre par suite de
2Fi leur fusion. Ceci constitue également une cause de déterio-
ration des caractéristiques de la pile solaire.
UIn but de la présente invention est d'éliminer les
problèmes précités rencontrés avec la technique antérieure.
Un autre but de la présente invention est de per-
mettre d'utiliser un Drocédé à sec, sans masque, pour suh-
diviser un stratifié ou une pile solaire de grande dimen-
sion en piles élémentaires et pour fournir des piles solai-
res intégrées, par l'utilisation d'un traitement par laser, en éliminant ainsi les problèmes rencontras avec le procddS
3n de gravure par faisceau laser suivant la technique anterieu-
re.
lin autre but de la présente invention est de four-
nir des structures d'interconnexion améliorées entre des piles élémentaires de piles solaires intégrées et de fournir
ainsi des piles solaires intqégrées présentant divers avanta-
ges qui résultent de ces structures.
Ces buts ainsi que d'autres sont atteints en four-
nissant une pile solaire intAgrde comprenant un stratifié formé d'une couche électrode inférieure, d'une couche de semi-conducteur photosensible et d'une couche électrode supérieure sur un substrat, et comprenant une pluraiité de
piles élémentaires connectées en série, les couches é]ec-
trodes supérieure et inférieure au moins étant subdivisées pour former les piles 4iementaires, la connexion en série étant réalisée en connectant électriquement une couche électrode inférieure d'une pile élémentaire parmi des piles élémentaires voisines avec une couche électrode supérieure
de l'autre pile élémentaire voisine, cette pile étant carac-
téris e en ce que la couche électrode supérieure ou la cou-
che de semi-conducteur au moins, dans le stratifié, pré-
sente une rainure gravée par faisceau laser suivant un motif pré-4tabli et une bande isolante est disposée entre la couche électrode supérieure et ia couche de semi-conducteur ou/et entre la couche électrode inférieure et la couche de
semi-conducteur, suivant le motif pré-établi.
Dans les piles solaires intéqrees suivant l'inven-
tion la bande isolante empêche que des dommages ne soient causés aux couches constitutives respectives par suite de l'irradiation par le faisceau laser et qu'il ne se produise ainsi une détérioration des piles solaires. Ainsi les piles
solaires ne sont pas détériorées même si on utilise un pro-
cédé de gravure par faisceau laser pour une pile solaire. En outre l'utilisation d'une bande isolante et en particulier d'une bande constituée en un matériau opaque à l'égqard d'un faisceau laser facilite la découpe sélective des couches constitutives. La totalité du stratifi4 peut être découJpée au moyen d'un faisceau laser à orande puissance tandis nue la ou les couches sur ou au-dessus de la bande isolante peuvent être découpées au moyen d'un faisceau laser de faible puissance. T1 en rFsulte que l'on peut utiliser un procédé de gravure par faisceau laser pour la production de piles solaires intégrées sans rencontrer les inconvénients
de ia technique antérieure.
Dans les pies solaires intnqrAes précit4es l'une
des couches électrodes supérieure et inférieure, habitueile-
ment la couche AlectroJe supérieure, est généralement en uin
matériau transparent conducteur de l'électricité.
Les piles solaires intégrées suivant l'invention. peuvent présenter une structure connectée en série entre les piles élémentaires, dans lanuelle le stratifié constitué par
une couche électrode inférieure, une couche de semi-conduc-
teur photosensible et une couche éliectrode supérieure sur un
In substrat, est subdivisé en Piles élémentaires par une pre-
mière rainure traversant au moins la couche électrode infé-
rieure, une seconde rainure traverse au moins la couche électrode supérieure mais non pas la couche électrode
inférieure, cette seconde rainure étant adjacente à la pre-
mière rainure et parallèle à celle-ci, et la couche électro-
de supérieure et la couche électrode inférieure sont connec-
tées électriquement l'une-à l'autre dans une portion de
connexion s'étendant entre les première et seconde rainures.
La première rainure peut traverser uniquement ia
2n couche électrode inférieure ou bien les deux couches for-
mées par la couche électrode inférieure et la couche de
semi-conducteur. Ces types de première rainure peuvent per-
mettre l'élimination d'une électrode de connexion addition-
nelle, décrite plus loin, pour assurer l'interconnexion
entre les piles ilémentaires voisines.
La première rainure peut traverser de préférence la
totalité du stratifié constitué de la couche électrode infé-
rieure, de la couche de semi-conducteur, et de la couche électrode supérieure. Ceci permet la formation des première
3) et seconde rainures au cours de la même étape, en sAiectinn-
nant la puissance d'iradiation d'un faisceau laser.
Une bande isolante doit être disposée entre la cou-
che électrode inférieure et la couche de semi-conducteur ou/et entre la couche électrode supérieure et la couche de semi-conducteur lorsque la première rainure réalisée par un
proc4d4 de gravure par laser traverse la couche de semi-con-
ducteur.
La seconde rainure doit traverser ia couche électro-
de supérieure et elle peut ou non pénétrer dans la couche
de semi-conducteur ou même dans la couche électrode inf'-
rieure. Cependant la seconde rainure ne doit pas traverser totalement la couche électrode inférieure. De préférence la seconde rainure traverse uniquement la couche électrode
supérieure. reci peut être aisément obtenu, suivant l'in-
vention, en disposant une bande isolante.opaque vis--vi S d'un faisceau laser, entre la couche électrode supérieure et la couche de semiconducteur, le long de la seconde rainure devant être formée. Cette bande isolante empêche en outre une détérioration des caractéristiques des piles solaires
intégrées même si l'irradiation par un faisceau laser endom-
mage la couche de semi-conducteur à proximité de a18 seconde
rainure.
L'interconnexion entre la couche électrode supérieu-
re et la couche électrode inférieure, dans -la portion de connexion entre les première et seconde rainures, peut etre obtnue, par exemple, en réalisant une ou plusieurs rainures 2n s'étendant de la couche électrode supérieure à la couche électrode inférieure,dans la portion de connexion, et en
remplissant ensuite ces rainures avec un matériau conduc-
teur. On 8 également trouvé que l'interconnexion entre la
couche électrode suoérieure et la couche électrode inférieu-
re peut être obtenue en soudant au laser la totalité du stratifié formé de la couche électrode supérieure, de la
couche de semi-conducteur et de la couche!lectrode infé-
rieure. Un contact ohmique entre la couche électrode supé-
rieure et la couche électrode inférieure est obtenu en fait par le soudaqe au moyen d'un faisceau laser. Bien que l'on ne connaisse pas les raisons exactes pour lesouelles un tel contact ohmique est obtenu, on suppose que, par suite de la fusion du stratifié, le silicium amorphe se trouve etre
cristallisé et les métaux des couches électrodes sont dis-
pers4s mutuellement à travers la totalité du stratifié, dans
la portion soudée, ce qui assure une diminution de la résis-
tance électrique donnant lieu à un excelient contact ohni-
aue. Cette interconnexion par soudant par faisceau laser
fournit des avantages additionnels à ia pressente invention.
Autrement dit des 4tapes prAvues pour l'exposition de lal couche électrode inférieure ne sont pas nécessaires et par
conséquent l'interconnexion entre la couche électrode snu-
nérieure et ia couche éiectrode inférieure peut être obtenue par un simple procèdH -? sec. En outre la largeur nécessaire
pour l'interconnexion devient pius petite.
Si la première rainutire traverse ia totalité du stra-
tifi4 et par conséquent la couche électrode supérieure, une In électrode de connexion est nécessaire pour connecter l'une a l'autre les portions de la couche électrode suofrieure oui ont été divisées par la première rainure. En outre la couche électrode supérieure est habituellement une couche électrode transparente, conductrice de l'iélectricité, qui n'a pas une
conductivité élevée, et par conséquent une électrode collec-
trice ayant une bonne conductivité est habituellement néces-
saire, sur la couche électrode transparente, afin de collec-
ter efficacement le courant produit dans les piles. Ainsi, également suivant l'invention, une électrode additionnelle pour l'interconnexion entre les piles É14émentaires et la collecte du courant produit dans la pile élémentaire est habituellement formée dans des piles solaires intégrées. Une
telle électrode, agissant à.ia fois comme électrode de con-
nexion et comme électrode collectrice, suivant l'invention, peut être obtenue par déposition ou revêtement de cette électrode sur la couche électrode supérieure, afin d'établir un pont au-dessus de la première rainure entre les portions divisées de la couche 4iectrode supérieure. Dans un exemple typique, l'électrode de connexion et collectrice est en un matériau conducteur, tel que l'argent ou l'aluminium, et elle a la forme d'un peigne comprenant une barre et des dents s'étendant à partir de cette barre, la barre du peinne s'étendant le long de la portion de connexion entre les première et seconde rainures, en constituant en quelque sorte une électrode de barre omnibus, tandis que les dents du peigne s'4tendent à partir de la barre du peigne sur la
pile unitaire voisine de la portion de connexion, en consti-
tuant des électrodes en forme de doiot.
o Pour éviter des courts-circuits et des fuites de courant dans une rainure formée dans le stratifié, telle
qu'une première ou une seconde rainure précitée, par un mv-
tériau conducteur tombant dans la rainure, on peut remplir cette rainure, suivant l'invention, avec un matériau iso- lant tel qu'une résine isolante. En général un -el matériau conducteur peut créer des courtscircuits entre la couche électrode supérieure et la couche électrode inférieure nu bien entre des portions opposées de la couche électrode
<n supérieure ou inférieure divisées par la rainure. lin mat-
riau isolant remplissant ia rainure empêche de tels courts-
circuits ou des fuites de courant.
La présente invention a également pour objet un
procédé de fabrication de piles solaires intégrées compre-
nant une couche électrode inférieure, une couche de semi-
conducteur photosensible et une couche électrode supérieure comprenant une pluralité de piles élémentaires connectées en série, la connexion en série étant réalisée en connectant électriquement une couche électrode inférieure d'une pile élémentaire parmi les piles élémentaires voisines avec une couche électrode supérieure de l'autre pile élémentaire des
piles élémentaires voisines, caractérisé en ce qu'il com-
prend les étapes consistant à préparer le substrat, à for-
mer ie stratifié sur ce substrat, à disposer dos première et seconde bandes isolantes entre la couche de semi-conducteur
photosensible et la couche électrode supérieure ou infdrieu-
re pendant l'étape de formation du stratifié, ces première
et seconde handes isolantes ayant des tracés ou motifs pré-
établis, à Qraver par un faisceau laser le stratifié dans la 3n première bande isolante et le long du tracé de celle-ci, afin de former une première rainure découpant le stratifié en piles élémentaires, h graver par un faisceau laser la couche électrode supérieure dans la seconde bande isolante et le long du tracé de celle-ci, afin de former une seconde
rainure découpant la couche électrode supérieure parallèle-
ment à la première rainure, h remplir les première et secon-
de rainures avec un matériau isolant, à Former, sur la cou-
che électrode supérieure et le matériau isolant remplissant I n
la première rainure, une électrode de connexion et coliec-
trice ayant la forme d'un peinne comprenant une barre et des dents s'étendant h partir de cette barre, la portion en forme de barre de l'électrode de connexion et collectrice reposant sur la couche électrode supérieure entre les pre- mière et seconde rainures, la Dortion en forme de dents de l'électrode de connexion et collectrice s'étendant, à partir de la portion en forme de barre, sur la couche électrode supérieure de la pile élémentaire voisine, et a souder par an un faisceau laser l'électrode de connexion et collectrice et le stratifié entre les première et seconde rainures, afin d'établir un contact ohmique entre l'4lectrode de connexion
et collectrice et la couche électrode inférieure à cet en-
droit.
nn décrira ci-après,à titre d'exemples non iimita-
tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel:
Les figures lA à IF sont des vues en coupe illus-
trant les étapes principales du procédé de fabrication de
piles solaires intégrées suivant l'invention.
La Figure 2 est une vue en plan de tracés de gravu-
res par laser destinées à former des rainures dans les piles
solaires intégrées.
La figure 3 est une vue en plan de tracés de i'é-
lectrode de connexion et collectrice dans les piles solaires intégrées. Les figures 4A et 4B sont des vues en coupe d'une
pile solaire et de piles de l'exemple 1 pendant leur fabri-
cation.
La figure 5 est un diagramme illustrant des caracté-
ristioues courant-tension de piles solaires de l'exemple 1.
La figure 6 est une vue en perspective de piles
solaires intégrées de l'exemple 2.
La figure 7 est une vue en coupe de piles solaires
intégrées de l'exemple 3.
Dans des piles solaires intégrées suivant l'inven-
tion, le substrat peut être n'importe ouel substrat isolant électriquement tel que, par exemple, un film de polymère,
une feuille de céramique, une feuille de verre ou une feuil-
ie métallique pourvue d'une couche d'isolation placée sur elle. De préférence on utilise un film de poiymère sous la forme d'un ruban sur lequel les couches constitutives d'une pile solaire peuvent être déposées successivement pendant ie d4filement du ruban, dans un procédé de bobine h bobine oui convient pour une production en grande strie. I[n tel
film de polymère peut être l'un auelconque des films pr,,-
sentant la résistance à la chaleur suffisante pour permettre le d4pôt des couches constitutives. Un film de polyéthylène téréphthalate (PET), un film de polyéthylène naphthaiate
(PEN), un film de polylmide, un film de polyestersulfone.
un film de poiyamide, etc... qui ont d'excellentes proprié-
tés mécaniques, sont utilisées de préférence.
La couche électrode inférieure ou supérieure peut être une couche unique ou une couche stratifiée, constituée en un métal tel que l'aluminium (Ai), l'argent (Ag), le titane (Ti) le tungstène (W), le cobalt (Co), le chrome (Cr) et ie nickel (Ni), ou bien un alliage tel que le nichrome
2n et l'acier inoxydable.
Une couche stratifiée d'aluminium/acier inoxydable ou d'une manière plus o4nérale une couche stratifiée formée
d'une couche d'un métal tel que Ai ou Ag ayant une excellen-
te conductivité électrique, et d'une couche d'un métal ou d'un alliane réfractaire ayant un point de fusion d'au moins
lonnOC, est utilisée de préférence puisqu'elle a une ré-
flectance élevée à l'égard de la lumière et qu'elle assure
un bon contact avec une couche de semi-conducteur. L'épais-
seur de la couche électrode métallique est de préférence d'au moins 0,3 micromètre afin de réduire sa résistance
Aiectrique et d'assurer une résistance m4canioue suffisante.
Habituellement l'une des couches électrodes infé-
rieure et supérieure, habituellement la couche électrode sup4rieure, est une couche électrode transparente qui peut être en l'un quelconque de matériaux connus. Par exemple l'oxyde d'indium, l'oxyde d'étain, le stannate de cadmium, l'oxyde d'étain et d'indium (TT<f), ou un corps similaire
neuvent utilisAs en tant nue couche unique ou couche strati-
fiée. IJn stratifil d'une couche métallique mince et d'une
couche diélectrique, tel que Tiq?,/Aq/Ti 2, peut être é9aie-
ment utilisé.
Une couche de semi-conducteur photosensible utilisée dans ia présente invention peut être en un matériau quel- connue présentant une caractéristique photovoitaïnue. iUn
exemple est constitué par une couche photovoltalque de s ii-
cium amorphe, du type "p-i-n", qui est fabriquée par dépo-
sition chimique en phase vapeur h partir de plasma, par ID décomposition par décharne de siiane gazeux, de disilane etc..Présentement une couche du type "p-i-n" signifie un
empilage d'une couche dopée du type p, d'une couche intrin-
sèque et d'une couche dopée du type n. La couche photovol-
talque peut avoir des structures en tandem 8 plusieurs couches tel que pi-n/p-i-n ou p-i-n/p-i-n/p-i-n et elle peut comporter une couche de semiconducteur intermédiaire à bande larqe ou étroite, réalisée par exemple en alliage de germanium-silicium amorphe, en carbure de silicium amorphe ou en silicium non monocristallin, si on le désire. Plus
2n particulièrement l'invention porte sur une couche photosen-
sible comprenant un -matériau semi-conducteur amorphe mais
elle n'exclut pas l'utilisation d'une couche photosensi-
ble en un matériau semi-conducteur cristallin.
Une bande isolante utilisée dans des piles solaires
intégrées suivant l'invention doit avoir une largeur supé-
rieure à celle de la rainure gravée par laser afin d'empê-
cher la formation de courts-circuits et de fuites de courant
au voisinage de la rainure gravée par laser. La bande iso-
lante a de préférece une épaisseur comprise dans la namme
3n allant de n,5 à 50 micromètres. Si l'épaisseur est inférieu-
re à 0,5 micromètre, la formation de courts-circuits et de fuites de courant entre les couches électrodes supérieure et inférieure ne peut pas être empêchée. Si l'épaisseur est supérieure à 5n micrombtres, la bande fdrme un échelon ou qradin en rendant difficile la déposition uniforme de la
couche électrode supérieure et/ou la formation de l'électro-
de de connexion sur la couche 41ectrode supérieure.
nn utilise habituellement, en tant que hande isolan-
* te, une résine isolante telle qu'une résine époxy, une rési-
ne polyimidrle ou une résine polyester.
La disposition de la bande isolante peut être réali-
sée, par exemple, en utilisant la technique d'impression h l'écran. Ainsi qu'il a été décrit précédemment, la bande
isolante peut être transparente ou opaque à l'éqard du fais-
c'eau laser. Une bande transparente est avantageuse si les ln couches situées des deux côtés de la bande doivent être découpées, parce que le faisceau laser nécessaire pour cette découpe peut être faible (de faible puissance). Une bande
opaque offre l'avantaqe de permettre le choix d'une puissan-
ce élevée ou faible pour le faisceau laser et par conséquent
la sélection de la profondeur de la découpe dans le strati-
fié irradié avec le faisceau laser. Autrement dit seules une ou plusieurscouches existant d'un côté de la bande opaque est ou sont découpées si le faisceau laser a une faible densité de puissance, tandis que les couches situées des 2n deux côtés de la bande onaque sont d4coupées si le faisceau laser a une densité de puissance élevée. Ainsi une bande
opaque permet ie choix de la profondeur de coupe en sélec-
tionnant la densité de puissance d'un faisceau laser. En outre une bande opaque facilite essentiellement la formation d'une rainure ayant une profondeur prédéterminée dans un
stratifié prenant ladite bande en sandwich à l'intérieur.
Enfin une bande opaque facilite ie repérage d'une portion devant être découpée ou irradiée avec un faisceau laser. Ces caractéristiques sont particulièrement avantageuse pour le
3n tracé et la fabrication d'un module de piles solaires.
En utilisant ia densité de puissance optimale d'un faisceau laser une pile solaire peut être divisée en tracés
ou motifs désirés.
N'importe quel laser oui émet une lumière ayant une lonqueur d'onde comprise dans la gamme allant de n,2 à 2
micrombtres, peut être utilisé parce que les couches cons-
titutives d'une pile solaire sont canable d'absorber effPc-
tivement un tel faisceau laser. Uin iaser du type ittrium-
aluminium-grenat (YAG), qui est larqement utilisa dans l'in-
dustrie, est employé de préférence.
Ulne électrode de connexion additionnelle ou élec-
trode collectrice est constituée habituellement par une couche conductrice composée principalement d'un métal tel que l'or, l'argent, le cuivre l'aluminium, ou le nickel ou encore un alliage de ceux-ci. Cette électrode de connexion est formée sur la couche électrode supérieure par déposition physique d'une vapeur de métaux, par exemple par évaporation
sous vide, pulvérisation etc.., suivie d'un traçage en uti-
lisant un masque. Dans ce cas la couche doit avoir de pre-
férence une épaisseur d'au moins 0,5 micromètre. Suivant une variante une électrode de connexion peut être formée par placage chimique etc... Dans ce cas l'épaisseur de la couche
est semblable à celle indiquée ci-dessus. En outre l'appli-
cation d'une résine conductrice de l'électricité, contenant des poudres de Au, Ag,Cu,Al ou Ni, par impression à l'écran, etc.. peut être utilisée et est préférable par suite de sa possibilité d'emploi dans un procédé continu. L'épaisseur d'une couche conductrice imprimée doit être d'au moins 5 micromètres pour permettre d'avoir une bonne conductivité électrique. Le laser ou faisceau laser qui peut être utilisé pour souder un stratifié constitué par une couche électrode inférieure, une couche de semi-conducteur et une couche électrode supérieure, avec éventuellement une électrode de
connexion, afin d'établir un contact ohmique entre les cou-
ches électrodes supérieure et inférieure ou l'électrode de connexion, est semblable au laser ou faisceau laser utilisé
dans le procédé de gravure mentionné précédemment. Le fais-
ceau laser est habituellement projeté à partir du dessus de
la couche électrode supérieure ou de l'électrode de con-
nexion, bien qu'il puisse l'être A partir du côté posté-
rieur d'un substrat, si ce substrat est transparent à l'é-
gard du faisceau laser. La densité de puissance nécessaire pour ce soudaqe et l'établissement d'un contact ohmique doit être déterminée par l'expérimentation parce qu'elle dépend
de l'orientation de l'irradiation, de l'épaisseur des cou-
ches électrodes etc... La dehsite de puissance du faisceau laser doit être choisie dans une qamme qui assure la fusion
de la couche électrode inférieure, de la couche de semi-
conducteur et de la couche électrode supérieure et, si Pelle est présente, de]'4lectrode de connexion, hien ou'ii ne
soit pas nécessaire que les couches électrodes et l'électro-
de de connexion soient totalement fondues.
Le matériau isolant qui doit remplir la rainure, lf peut être n'importe quel matériau isolant. Typiquement on peut utiliser une résine isolante telle qu'une résine époxy, une résine polyamide, une résine polyimide, et une résine polyester. Le remplissage de la rainure avec le matériau
isolant peut être réalisé par un procédé connu tel que l'en-
duction ou l'impression à l'écran. nn préfère employer l'im-
pression à l'écran à cause de sa productivité. Bien qu'il ne
soit pas nécessaire que le matériau isolant remplisse tota-
lement la rainure, celle-ci est remplie de matériau isolant de préférence de telle façon que la surface supérieure de ce
2f matériau soit approximativment à fleur avec la surface su-
périeure des piles afin de former une interconnexion stable.
Dans les cas pratiques on remplit de préférence la rainure de matériau isolant de manière à avoir une différence de niveau comprise dans les Inn micromètres et de préférence 50
micromètres entre la surface de la couche isolante remplis-
sant la rainure et la surface de la pile.
Suivant une forme d'exécution préférée de l'inven-
tion il est prévu une pile solaire intégrée dans laquelle un stratifié formé d'une couche électrode supérieure, d'une 3n couche de semiconducteur photosensible et d'une couche électrode inférieure sur un substrat, est subdivisé en piles élémentaires par une rainure qravée par laser et traversant la totalité du stratifié, une seconde rainure aravée par
laser traverse la couche électrode supérieure en étant adja-
cente à la première rainure et parallèle à celle-ci, af-in de former une partie de connexion entre les première et seconde rainures afin d'interconnecter les deux piles él4mentaires adjacentes aux première et seconde rainures, une 4lectrode
7 7 7 1 6
de connexion est formée sur la couche électrode supérieure
et elle constitue un pont entre les deux côtés de ia pre-
mière rainure, et] ' lectro.de de connexion et la couche
électrode inférieure sont connectées en série, avec un con-
tact ohmioue entre elles, par soudane au laser dans la por- tion de connexion. Naturellement des bandes isolantes sont prévues nnrmalement entre ia couche électrode supérieurs et
ia couche de semi-conducteur, le long des première et se-
conde rainures. En outre ies première et seconde rainures
sont remplies de préférence d'un matériau isolant.
Dans la structure précitée de piles solaires int -
grées, l'utilisation d'un procédé de oravure par laser en-
traîne une réduction des dommages dus l'irradiation par un
faisceau laser pendant le tracé et ceci se traduit par con-
séquent par un rendement notablement accru de l'opération de subdivision du stratifié. T1 en est ainsi parce qu'il est juste nécessaire de prévoir une seule étape de division après la formation de toute les couches constitutives des
piles solaires. Par contre, suivant la technique antérieu-
2) re, des dommages sont souvent causés aux couches constitu-
tives parce que différentes étapes de division sont néces-
saires après que chaque couche constitutives a été formée.
En outre, par suite du fait qu'une interconnexion entre les piles élémentaires est formée par soudage au laser dans la portion de connexion se trouvant entre les première et les seconde rainures, une connexion électrique suffisante est obtenue dans une aire très petite, ce qui se traduit par une surface active de grande dimension, autrement dit on peut ainsi obtenir des piles solaires intégrées ayant une surface active importante. En particulier, dans le cas de piles solaires intégrées utilisant une électrode collectrice, on peut employer une barre omnibus de l'électrode collectrice en tant que portion de connexion o le soudaqe par laser est
effectué, et par conséquent il n'est pas nécessaire de pré-
voir une zone additionnelle pour réaliser l'interconnexion
entre les piles élémentaires, si bien qu'il n'y a pratique-
ment pas de réduction de la surface active. Dans ce cas ia
formation de la seconde rainure ou de la portion de con-
nexion le long de la première rainure, c'est-à-dire de la
rainure séparant les piles élémentaires, est critique.
La formation de l'électrode de connexion par impres-
sion à l'écran permet un accroissement important de la pro- ductivité et une augmentation de la surface active des piles solaires.
Le remplissage de la rainure avec un matériau iso-
lant permet une amélioration du rendement de l'opération de in subdivision du stratifié d'une pile solaire et une réduction
de la largeur de la portion de connexion.
nn décrira maintenant dans ce qui va suivre, en se
référant aux figures 1A-1F, 2 et 3, le procédé de fabrica-
tion de l'exemple précité de piles solaires intégrées sui-
vant l'invention.
Si on se réfère à la figure 1A, on y voit qu'une
couche électrode inférieure 2, typiquement une couche métal-
lique, est formée sur un substrat 1 qui est habituellement un ruban de polyétylème téréphtalate (PET). Uine couche de semi-conducteur photosensible 3, habituellement une couche de semi-conducteur en silicium amorphe du type "p-i-n", est ensuite formée sur la couche électrode inférieure 2 par
exemple par le procédé par décharge.
Si on se réfère maintenant aux figures 1B et 2, on voit que des bandes isolantes 4a et 4b, habituellement des bandes de résine isolante, sont formées sur la couche de semi-conducteur 3 suivant un tracé préétabli, par exemple par le procédé d'impression à l'écran. La figure 2 montre un
exemple de tracé des bandes isolantes pour trois piles élé-
mentaires C subdivisées à partir d'un carré de 10cm x incm, toutes ces piles Élémentaires devant être connectées en strie pour former un module intégré M. Le tracé des bandes
isolantes n'est naturellement pas limité à celui de la fi-
gure 2. En outre les bandes isolantes peuvent être disposées
entre la couche électrode inférieure 2 et la couche de semi-
conducteur 3 au lieu d'être prévues entre la couche électro-
de supérieure et la couche de semi-conducteur 3. Les bandes
isolantes 4a et 4b sont de préférence en un même matériau.
1 8 pour une impression en une étape, opaque ô l'égard d'un faisceau laser prévu pour découper sélectivement uniquement
une couche électrode supérieure formée sur les bandes iso-
lantes ou pour découper la totalité du stratifié constitué par la couche électrode inférieure 2, la couche de semi-con-
ducteur 3 et une couche électrode supérieure.
Si on se réfère maintenant la figure 1C, on y voit qu'une couche électrode supérieure 5, habituellement une couche électrode transparente conductrice de l'électricité,
1f est formée d'une manière uniforme sur la couche de semi-con-
ducteur 3 et les bandes isolantes 4a et 4b.
Si on se réfère maintenant à la figure 1D, on voit que des faisceaux laser ayant des densités de puissance calculées, penètrent dans les bandes isolantes 4a et 4b et effectuent un balayage le long de ces bandes, pour former respectivement une rainure 6 subdivisant le stratifié 2,3 et en piles élémentaires, et une rainure 7 subdivisant la couche électrode supérieure 5, en délimitant par conséquent une portion de connexion A entre les rainures 6 et 7. La
rainure 7 peut ne pas s'étendre sur la totalité de la lon-
gueur de la rainure 6.
Si on se reporte maintenant à la figure JE, on voit que les rainures 6 et 7 sont remplies d'un matériau isolant 8, habituellement une résine isolante, en utilisant par
exemple la technique d'impression à l'écran. La résine iso-
iante peut être la même que la résine des bandes isolantes
4a et 4b.
Si on considère maintenant les figures 1F et 3, on
voit qu'une électrode collectrice et de connexion, compre-
nant une portion d'électrode à doig-ts 9 et une portion d'é-
lectrode 10 formant barre omnibus, ayant des tracés tels qu'illustrés sur la fiqure 3, est formée sur la couche électrode supérieure 5. Dans ce cas la portion 10 formant barre omnibus non seulement agit en tant que barre omnibus pour la portion d'électrode à doigts 9 mais encore elle assure la connexion,éventuellement conjointement avec la portion d'électrode à doiqts 9, de la pile élémentaire C et de la portion de connexion A l'une avec l'autre. La portion d'électrode a doigts Q et la portion formant barre omnibus
sont habituellement réalisées en une résine conductrice.
Ensuite un soudage par laser est réalisé dans la portion de connexion A entre les rainures 6 et 7 remplies de matériau isolant 8, afin d'établir un contact ohminue entre la por-
tion formant barre omnibus 1n et la couche électrode inf4-
rieure 2, en établissant ainsi une interconnexion électrioue entre des piles élémentaires voisines. Le soudage par laser
peut être un soudage par points ou un soudaqe linéaire con-
tinu.
Enfin les piles solaires intégrées résultantes sont
recouvertes d'un revêtement en résine afin de les encapsu-
ier. Chacune des étapes précitées peut être réalisée tandis qu'un substrat flexible du type ruban est transféré d'une bobine à une autre bobine. En outre certaines des étapes précitées ou la totalité de celles- ci peuvent être
réalisées les unes à la suite des autres tandis qu'un subs-
trat flexible du type ruban est transféré d'une bobine à une
autre bobine.
Exemple 1
Les figures 4A et 4R représentent des coupes de piles solaires en silicium amorphe. Dans cet exemple on utilise, en tant que substrat 21, un film de PET sous la forme d'un ruban. Ce ruban de film de PET peut être utilisé dans un procédé de bobine à bobine et il convient pour une production en série. Le ruban de film de PET a une épaisseur
de 10n micromètres.
On place le substrat 21 dans un appareil de puivé-
risation à magn6tron à courant continu. On dépose successi-
vement une bicouche métallique constituée par une couche d'aluminium ayant une épaisseur de n,5 micromètre et une couche d'acier inoxydable ayant une épaisseur allant de Inm à 3Onm, sur le substrat 2], dans une atmosphère d'aroon ayant une pression de l'ordre de 0,133Pa, afin de former une
couche électrode métallique 2?.
2e line couche de spmi-conducteur en silicium amorphe 23
constituant une couche Dhotovoitaique, a une structure con-
nue du type "'D-i-n" et est formée sur la couche électrode métallique 22 par décomposition par décharge de naz siiane, etc..., ainsi qu'il est décrit dans la demande de brevet japonais publiée avant examen NO 59-34 668. La couche de semi-conducteur er, silicium amorphe du type "p-i-n" 23 est formée en déposant successivement, sur la couche électrode métallique 22 formée sur le substrat, une couche de type P dopée avec du bore (B), ayant une 4paisseur de 30nm, une couche intrinsèque ayant une épaisseur de n,5 microm;tre et une couche de type n, dopée au phosphore (P), ayant une
épaisseur de 15nm.
fn forme ensuite sur la couche 23 de semi-conducteur
en silicium amorphe, par la technique d'impression à 1'-
cran, suivant un tracé pr6établi pour la gravure par laser.
une couche de résine époxy 24 ayant une épaisseur de 15 micromètres, cette couche constituant une bande isolante disposée entre la couche de semi-conducteur en silicium
amorphe 23 et une couche électrode transparente 25.
On dépose ensuite, en tant que couche électrode transparente 25, une couche d'oxyde d'étain et d'indium (ITn) ayant une 4paisseur d'environ 60nm, sur la couche de semi-conducteur en silicium amorphe 23 et sur la bande de
résine époxy 24, par pulvérisation ou vaporisation par bom-
bardement électronique. On obtient ainsi une structure de stratifié comprenant successivement un film de polyéthylène t6réphtalate, une couche bimétallique d'aluminium et d'acier inoxydable, une couche de silicium amorphe du type "p-i-n", une couche de résine 6poxy tracée et une couche d'oxyde
d'indium et d'étain, ainsi qu'il est représenté sur la fi-
gure 4A.
On balaye ensuite la pile solaire ayant la structure précitée, se présentant sous la forme d'un carré de]ncm x nlcm, avec un faisceau laser provenant d'un laser YAC, le long de la bande de résine époxy 24, si bien que la portion de la pile solaire nui est irradiée par le laser YAG, est mise en fusion et se vaporise pour former une rainure 26 s'étendant de la couche électrode transparente 25 jusqu'à la couche électrode métallique 22, ce qui se traduit par la
formation de deux piles ayant chacune une forme rectannulai-
re de 5cm x Incm. Le laser YAC est un laser à impulsion déclenché. Le faisceau laser à balayane a une puissance moyenne de n,8W et une fréquence d'impulsions de 2kHz, son
balayage étant effectue h une vitesse de P'qmm/s.
On a mesuré les caractéristiques courant-tension des piles résultantes de 5cm x lcm, obtenues après division, et ces caractéristiques sont représentées par la courbe B sur la figure 5. Sur cette figure la courbe A montre la même caractéristique pour la pile de Incm x 10cm avant division tandis que la courbe C montre ia même caractéristique de piles de 5cm x 10cm obtenues en divisant une pile de lOcm x n10cm, ayant la même structure que celle de l'exemple], sauf en ce qu'aucune bande de résine époxy 24 n'a été prévue, et ce en effectuant un balayage avec le même faisceau laser
comme dans l'exemple 1.
P'après la figure 5 on comprendra que les caracté-
ristiques des piles solaires suivant l'invention ne sont -
pas beaucoup réduites, dans tous les cas, après la divi-
sion en deux parties par le faisceau laser.
On chauffe les piles solaires obtenues suivant l'e-
xemple 1, suivant l'invention, dans i'air à 1500C pendant n30 minutes, après la division en deux parties de la pile initiale. Les piles solaires résulantes arrivent h avoir presque les mêmes caractéristiques que celle de la courbe 4 qui est la caractéristique d'une pile solaire avant sa division en deux parties. lin traitement thermique allant de
1200C jusqu'à 20o0C donne des résultats similaires.
Exemple 2.
Si on se réfère à la finure 6, on y voit ou'une
couche électrode mfalilioue 32, une couche de semi-conduc-
teur en silicium amorphe 33 et une couche électrode trans-
parente 35 ont été formées successivement sur un substrat 31 constitué par un ruban de polyéithylène téréphtaslate, comme dans le cas de l'exemple 1. rependant les épaisseurs des ?2
couches d'aluminium et d'acier inoxydable de ia couche éiec-
trode métailique 32 sont respectivement de 0,5 micromtre
et de 10nm.
La couche de semi-conducteur 32 reçoit sur elle des bandes de résines époxy 34a et 34b avant l'étape de déposi- tion de la couche électrode transparente 35, de manière que ces bandes se trouvent être placées entre les couches 33 et 35. Les bandes de résines époxy 34a et 34b sont noires et opaques vis-à-vis d'un faisceau laser YAG, et elles ont une i largeur de l,nmm et une épaisseur de 15 micromètres. Les tracés des bandes de r4sine époxy 34a et 34b sont réalisés en utilisant la technique d'impression à l'écran et ils sont
semblables à ceux de la figure 2, c'est-à-dire que ces tra-
cés divisent une pile de lOcm x locm en trois piles. L'espa-
ce entre les bandes 34a et 34b est de 2,0mm.
La gravure par laser est réalisée de manière à for-
mer une première rainure 36 pour diviser une pile en piles
élémentaires et une seconde rainure 37 pour former une por-
tion de connexion. On utilise à cet effet un laser YAG. Le faisceau laser utilisé est du type à impulsions déclenché ayant une fréquence de 2kHz, un diamètre de faisceau de ln0 micromètres et une puissance de crête d'une impulsion laser de lkW. La vitesse de balayage est de 3cm/s. On utilise le faisceau laser ayant une puissance de crête de 1kW pour découper la totalité du stratifié 32,33,34,35 tandis qu'on utilise un faisceau laser ayant une puissance de crête de
W pour découper uniquement la couche electrode transpa-
rente 35.
Ainsi la pile se trouve être divisée en trois piles de 3,3cm x lOcm. La larqeur de la portion de connexion A ou
l'espace entre les première et seconde rainures est d'envi-
ron 2,nmm.
On dispose ensuite, en utilisant la technique d'im-
pression à l'écran, les bandes isolantes 39a et 39b de r6si-
ne époxy dans les rainures 36 et 37 aravées par laser. Les
bandes isolantes 3qa et 39b sont constituées du même maté-
riau que les bandes 34a et 34h et elles suivent les mêmes tracAs que celles-ci. La largeur et l'épaisseur des bandes de résine époxy 39a et 39b sont respectivement de 2mm et 12
micromètres. Ces bandes 39a et 39b facilitent l'établisse-
ment d'un pont, pour i'iélectrode collectrice et de conne-
xion, entre la pile élémentaire C et la portion de connexion A, sans produire des courts-circuits. Après l'impression à l'écran on recouvre la couche électrode transparente 35 avec une pâte de résine à base d'argent, en suivant les tracés indiqués ci-aprs et avec une épaisseur de 13 micromètres, en utilisant la technique d'impression à l'écran. La pâte de résine en argent s'étend suivant un tracé formant une électrode collectrice et de connexion 38 comprenant une portion de barre omnibus 38a et des portions d'électrode en forme de doigts 38b. La portion formant barre omnibus 38a s'étend le long de la portion de connexion A tandis que les portions d'électrode en forme de doigts 38b s'étendent à partir de la portion formant barre omnibus 38a, sur la couche électrode transparente 35 de la pile élémentaire divisée. La portion formant barre omnibus 38a et les portions d'électrode en forme de doigts 38b ont
respectivement des largeurs de l,0mm et 0,2mm.
On balaye ensuite la portion formant barre omnibus 38a, le long de la portion de connexion A, avec un faisceau iaser L dans les mêmes conditions qu'énoncées précédemment, sauf en ce que la puissance de crête de l'impulsion du laser est de 2kW. Il en résulte que l'on obtient un bon contact oh mique entre la portion formant barre omnibus 38a et la couche électrode métallioue 32, comme on peut ie voir sur la figure 6. Ceci ressort clairement du tableau] ci-après oui indique des caractéristiques d'un module de pile solaire 3n constitué par trois piles connectées en série résultant de ce qui précède. La mesure des caractéristiques est effectuée sous un simulateur solaire ayant une densité de puissance de 1lomW/cm2 et une masse d'air dqale à 1. A titre comparatif on a effectué une mesure sur un module de pile solaire ayant les mêmes composants que ceux de l'exemple considère mais obtenu en utilisant des procédés avec un masque pour toutes les étapes. Les résuitats de ces dernJières mestures sont
également donnas dans ie tableau 1.
T RLEAII 1
Vaieur Performance _ Invention Exemple, Comparatif [n Rendement (.) 5,7 5, 3 Tension de court-circuit (V) 2.65 2,45 Courant de court-circuit 3,9 3,6 (mA/cm2) Facteur de remplissage (n) 55 55 nn peut voir, d'après le tableau 1, que le module
suivant l'invention a un rendement et un facteur de remplis-
sage équivalents à ceux du module obtenu par les procédes utilisant des masques. Ceci montre qu'une bonne division en deux parties et un bon contact ohmique sont obtenus d-ans des piles solaires int4qr6es dans lesquelles on utilise la
gravure et le soudage par laser suivant l'invention.
Il a été possible d'obtenir des piles ayant ia même constitution que celle de cet exemple, même si le faisceau laser est projeté h partir du côté postérieur du film de polyéthylène téréphtalate. Dans ce cas on peut obtenir un effet semblable de soudage par laser, sauf en ce que la puissance de crête de l'impuision laser est de s5nw, les autres conditions restant les mêmes que ci-dessus, parce que la fusion totale de la couche de résine à base d'araent de
ia portion formant barre omnibus 3a n'est pas nécessaire.
Exempie 3.
Si on se réfère à la figure 7, on peut voir au'un
substrat 4] constitué par un film de polyét)ylne téréphtaia-
te, une couche électrode métallique 42 du type aluminium/a-
cier inoxydable, une couche de semi-conducteur photosensible en silicium amorphe du type "p-i-n" 43, et une couche diec- trode transparente 45 sont formées de la même façon que dans le cas de l'exemple 1. Ensuite des bandes de résine épox> 44a et 44b sont formées de la même façon que les parties correspondantes de l'exemple 2, sauf en ce que l'espace entre les bandes 44a et t4b est de 3,0mm. Des première et seconde rainures 47 et 46 sont réalisées par gravure au laser comme dans le cas de l'exemple 1, sauf en ce ou'on utilise une puissance moyenne du faisceau laser de 0,8W pour
ouvrir la première rainure 47 s'étendant de la couche 4iec-
trode transparente 45 jusqu'à la couche électrode. métallique 42, et une puissance moyenne du faisceau laser de 0,2W pour l'ouverture de.la seconde rainure 46 traversant uniquement
la couche électrode transparente 45.
Dans cet exemple on n'utilise pas le soudage par laser pour connecter les couches électrodes inférieure et supérieure 42 et 45 dans la portion de connexion A. A la place du soudage par laser on maintient un couteau en acier
inoxydable contre la surface supérieure de la pile, on i'ap-
piique sous pression contre la pile avec une pression de
contact donnée, et on le déplace dans une direction horizon-
tale le long de la portion de connexion A ou de la première
ou seconde rainure 47 et 46. Des rainures 48 h section droi-
te en forme de V, ayant une larqeur, à leurs extrémités supérieures, d'environ ion micromètres et s'étendant à partir de la couche électrode transparente 45 jusqu'à la couche électrode métallique 42, sont ainsi formées avec une densité uniforme et la couche électrode métallique 42 est exposée.
En utilisant la même résine époxy que celle consti-
tuant les bandes 44a et â4h et la technique d'impression à l'écran de cette résine, suivant des tracés donnés, avec une
larteur et une paisseur respectivement de 1,fmm et in mi-
cromètres, on remplit les première et seconde rainures 46 et
47 avec la résine époxy 49.
On imprime ensuite à l'écran une pâte de résine à base d'argent suivant des tracés semblables à ceux de]'ex- emple 2, afin de former une électrode collectrice et de connexion 50 comprenant une portion formant barre omnibus na et des portions d'électrodes constituant des doigts 50b, et pour remplir les rainures 48 en forme de V avec ia pâte
de résine à l'argent.
On mesure les performances du module résultant de trois piles solaires connectées en série, sous un simulateur solaire avec une densité de puissance de lnomW/cm2 et une masse d'air 1. Les résultats sont donnés dans le tableau 2
ci-après.
TABLEAU 2
Performance Valeur Rendement (W) 6,07 Tension de court-circuit (V) 2,09 Courant de court-circuit 316,4 (mA) Facteur de remplissage (%) 56,0 A titre de comparaison on a fabriqué et mesure, sous le même simulateur solaire ayant une densité de puissance de lO0omW/cm2 et une masse d'air 1,des modules de trois piles solaires connectées en série, ayant la même constitution que ci-dessus, sauf en ce que les rainures 46 et 47 ne sont pas remplies de résine Apoxy. Ti en est résulté que certains modules ont une tensinn de sortie nulle. Ceci est provonue
par des courts-circuits dans les rainures 47.
Exemple 4
Cet exemple est semblable à l'exemple 2 sauf en cn que les première et seconde rainures sont remplies de résine
polyester noire. L'epaisseur des bandes isolantes, en po-
lyester, est de 12 micromètres. L'espace entre les bandes isolantes ou la largeur de la portion de connexion est de
li 2mm. La puissance de crête d'un faisceau laser pour la dé-
coupe de la couche électrode transparente est de 2-OW. La largeur et l'épaisseur de la résine polyester imprimée à l'écran, pour remplir les première et seconde rainures, sont
respectivement de 2mm et 12 micromètre. L'épaisseur de l'é-
* lectrode de connexion et collectrice est de 15 micromètres.
On mesure les performances du module résultant de trois piles solaires connectées en série, sous un simulateur solaire avec une densité de puissance de l]nmW/cm2 et une masse d'air 1. Les résultats sont donnés dans le tableau 3
ci-après.
2 7
T.ARLEAI] 3
Performance Valieur Surface active (cm2) 78,5 Rendement 6,2 Tension de court-circuit 2,68 Courant de court-circuit 4,08 (mA/cm2) Facteur de remplissage (%) 56,7
RE V ENDTCAT TONS
].- Pile solaire intqégrée comprenant un stratifi4 formé d'une couche électrode inférieure, d'une couche de semi-conducteur photosensible et d'une couche électrode supérieure sur un substrat, et comprenant une pluralité de
piles élémentaires connectées en série, les couches élec-
trodes supérieure et inférieure au moins étant subdivisées pour former les piles éléementaires, la connexion en série étant réalisée en connectant électriquement une couche électrode inférieure d'une pile élémentaire parmi des piles élémentaires voisines avec une couche électrode supérieure de l'autre pile élémentaire voisine, caractérisée en ce que la couche électrode supérieure (5,25,35,45) ou la couche de semi- conducteur (3,23,33,43) au moins, dans le stratifié, présente une rainure (6) gravée par faisceau laser suivant un motif pr6-établi et une bande isolante (4a,4b;24;34a,34b;44a,44b) est disposée entre la couche
électrode supérieure (5,25,35,45) et la couche de semi-
conducteur (3,23,33,43) ou/et entre la couche électrode inférieure (2,22, 32,42) et la couche de semi-conducteur,
(3,23,23,43) suivant le motif pré-établi.
2.- Pile solaire intégrée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la bande isolante (4a,4b; 24;34a,34b;44a,44b) a une épaisseur allant de 0,5 micromètre
à 50 micromètres.
3. Pile solaire intégrée suivant la revendication 1 caractérisée en ce nue la bande isolante (4a,4b;
24;34a,34b;44a,44b) est opaque à l'égard d'un faisceau la-
3n ser.
4.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 3 caractérisée en ce que la bande isolante opaque (4b, 34a,44a,) est disposée entre la couche électrode supérieure (5,35,45) et la couche de semi-conducteur (3,33,43), le long et en dessus d'une rainure (7i37,46) traversant la couche 4lectrode supérieure (3,35,45) mais ne pénétrant pas dans la
couche de semi-conducteur (3,33.43%.
a n 5.- Pile solaire intégrée suivant la revendication I caractéris4e en ce que la rainure (6,26,36,47) traverse
le stratifie.
6.- Pile solaire intégrée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que l'une au moins de la couche r'lec- trode inférieure (2,22,32,42) et de la couche électrode
supérieure (3,23,33,43) est réalisée en un matériau trans-
parent conducteur de l'Alectricité.
7.- Pile solaire intégrée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le substrat (1,21,31,41) est un
ruban isolant flexible.
8.- Pile solaire intégrée suivant la revendication
1 caractérisée en ce que la couche de semi-conducteur pho-
tosensible (3,23,33,43) est constituée de silicium amorphe.
9.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 8 caractérisée en ce que la couche de semi-conducteur photosensible (3,23,33,43) est constituée de couches de
silicium amorphe du type p, du type i et du type n.
l0.- Pile solaire intégrée comprenant un strati-
fié formé d'une couche électrode inférieure, d'une couche de semiconducteur photosensible et d'une couche électrode
supérieure sur un substrat, caractérisée en ce que le stra-
tifié comporte une première rainure (6,26,36,47) traversant au moins la couche électrode inférieure (2,22,32,42), afin de diviser le stratifié en piles élémentaires, l'une des piles élémentaires voisines ainsi divisées comprend une seconde rainure (7,37,46) adjacente à la première rainure (6, 26,36,47), parallèle à celle-ci et traversant au moins la couche électrode supérieure (5,25,35,45) mais ne traversant pas la couche électrode inférieure (2,22,32,42), afin de former une portion de connexion (A) entre les première et seconde rainures, et les couches électrodes inférieure et supérieure sont connectées iélectriquement l'une à l'autre
dans la portion de connexion (A), ia couche électrode supé-
rieure (5,25,35,45) de la portion de connexion (A) 4tant connectée électriquement à la couche électrode supérieure (5,25,35,45) de l'autre pile élémentaire parmi les niles
élémentaires voisines.
2 5 7 7 7 1 6
t
Il.- Pile solaire intqégrée suivant la revendica-
tion 10 caractérisée en ce que la première rainure (6,26,36,47) traverse la couche électrode inférieure (2,22,32,42), la couche de semi-conducteur (3,2-3,33,43) et la couche électrode supérieure (5,25,35,45), et la couche électrode supérieure de la portion de connexion (A) est connectée électriquement à la couche électrode supérieure
(5,25,35,45) de l'autre pile des piles élémentaires voisi-
nes, par l'intermédiaire d'une électrode de connexion (9,10;38;5n) formée sur les couches électrodes supérieures respectives (5,25,35,45) et en établissant un pont entre celles-ci.
12.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 11 caractérisée en ce que l'électrode de connexion (9,ln;38;5n) est réalisée en or, argent, cuivre, aluminium ou nickel ou un alliage de ceuxci ou encore en une résine
conductrice de l'électricité.
13.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 11 caractérisée en ce que l'électrode de connexion a la forme d'un peigne comprenant une barre (ln,38a,5na) et des dents (9,38b,5tb) s'étendant à partir de cette barre, la
barre (10,38a,5na) du peigne s'étendant le long de la por-
tion de connexion (A) tandis que les dents (9,38b,5nb) du peigne s'étendent à partir de la barre du peigne sur la
couche électrode supérieure (5,25,35,45) de la pile e1émen-
taire.
14.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 10 caractérisée en ce que la première rainure
(6,26,36,47) est gravée par un faisceau laser.
15.- Pile solaire intéqgre suivant la revendica-
tion 14 caractérisée en ce que la seconde rainure (',37,46)
est gravie par un faisceau laser.
16.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 15 caractérisée en ce que des bandes isolantes
(4a,4b;34b,34a;44b,44a) sont disposées entre la couche 6iec-
trode sup4rieure (5,35,45) et la couche de semi-conducteur (3,33,43) ou/et entre la couche électrode inférieure t 2
(2,32,42 et la couche de semi-conducteur (3,33,43). res-
pectivement le long des première et seconde rainures
(6,36,47:7,37,46) qravées par un faisceau laser.
17.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion lf caractérisée en ce que les première et seconde rai-
nures (6,36,47:7,37,46) sont remplies d'un matériau isolant.
l1.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 10 caractérisée en ce que la connexion électrique entre les couches éiectrodes inférieure et supérieure dans la n Dportion de connexion (A) est réalisée par soudage, au moyen d'un faisceau laser, du stratifié dans cette portion de
connexion (A).
19.- Pile solaire intégrée suivant ia revendica-
tion 13 caractérisée en ce que la connexion électrique entre lies couches électrodes inférieure et supérieure dans la portion de connexion (A) est réalisée par soudaqe, au moyen
d'un faisceau laser, du stratifié et de l'électrode de con-
nexion le long de la barre (l0,38a) du peigne.
2n.- Pile solaire intégrée suivant la revendication
2 10- caractérisée en ce que la couche de semi-conducteur pho-
tosensible (3,23,33,43) est constituée de silicium amorphe.
21.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 20 caractérisée en ce que la couche de semi-conducteur photosensible (3,23,33,43) est constituée de couches de
silicium amorphe du type p, du type i et du type n.
22.- Pile solaire intégrée suivant la revendica-
tion 1n caractérisée en ce que le substrat (l,21,31,41) est
un ruban isolant flexible.
23.- Procédé de fabrication de piles solaires in-
3n tiqrées comprenant une couche électrode irnfrieure, une
couche de semi-conducteur photosensible et une couche élec-
trode supérieure comprenant une pluralité de piles élémen-
taires connectées en série, la connexion en série étant r4alisée en connectant électriquement une couche éiectrode
inférieure d'une pile élémentaire parmi les piles élémen-
taires voisines avec une couche iélectrode supérieure de i'autre pile élémentaire dries piles l.émentaires voisines, caractérise en ce qu'il comprend les étapes consistant à 3-3 préparer le substrat, à former le stratifié sur ce substrat (],21,31,41), à disposer des première et seconde bandes
isolantes (4a,4b;34b,34a;44b,44a) entre la couche de semi-
conducteur photosensible (3,23,33,43) et la couche électrode supérieure (5,25,35,45) ou inférieure (2,22,32,42) pendant l'étape de formation du stratifié, ces première et seconde bandes isolantes ayant des tracés ou motifs préétablis, à graver par un faisceau laser le stratifié dans la première bande isolante(4a,34b,44b) et le long du tracé de celle-ci, in afin de former une première rainure (6,36,47) découpant ie stratifié en piles élémentaires, à graver par un faisceau laser la couche électrode supérieure dans la seconde bande isolante (4b,34a,44a) et le long du tracé de celle-ci, afin de former une seconde rainure (7,37,46) découpant la couche électrode supérieure parallèlement à la première rainure (6,36, 47), à remplir les première et seconde rainures avec
un matériau isolant, à former, sur la couche électrode supé-
rieure et ie matériau isolant remplissant la première rai-
nure, une électrode de connexion et collectrice(9,10;38;5n) ayant la forme d'un peigne comprenant une barre et des dents s'étendant à partir de cette barre, la portion en forme de barre de l'électrode de connexion et collectrice
reposant sur la couche électrode supérieure entre les pre-
mière et seconde rainures, la portion en forme de dents de l'électrode de connexion et collectrice s'étendant, à partir de la portion en forme de barre, sur la couche électrode supérieure de la pile élémentaire voisine, et à souder par un faisceau laser l'électrode de connexion et collectrice (9,1;38;50) et le stratifié entre les première et seconde
rainures (6,36,47;7,37,46), afin d'établir un contact ohmi-
que entre l'électrode de connexion et collectrice et la
couche électrode inférieure à cet endroit.
24.- Procédé suivant la revendication 23 caracté-
risé en ce que les première et seconde bandes isolantes
(4a,4b;34b,34a;44b,44a) sont formées par impression h i'é-
cran.
25.- Procéda suivant la revendication 23 caractAri-
sé en ce que le matériau isolant est imprimé à l'écran afin de remplir ies première et seconde rainures (4a,4h;34h, 34a;44b,44a). 26.- Procédé suivant la revendication 23 caractéri- s en ce que l'électrode de connexion et collectrice est
formée par impression à i'dcran.
27.- Proc4dé suivant la revendication 23 caractéri-
sé en ce que le substrat est constitué par un ruban isolant
flexible.
28.- Procédé suivant la revendication 27 caractéri-
sé en ce que chacune des étapes-est exécutée tandis que le ruban isolant flexible est transféré d' une bobine h une
autre bobine.
29.- Procédé suivant la revendication 27 caracté-
risé en ce que la couche de semi-conducteur photosensible (3,23,33,43) comprend une pluralité de couches de silicium amorphe et ces diversescouches de silicium amorphe sont formées successivement tandis que le ruban isolant flexible
est transféré d'une bobine à une autre bobine.
30. Procédé suivant la revendication 27 caracté-
risé en ce que certaines des étapes sont exécutées succes-
sivement tandis que le ruban isolant flexible est transféré
d'une bobine à une autre bobine.
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