WO2020065459A1 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent avec une grille de collecte du courant électrique optimisée - Google Patents

Dispositif photovoltaïque semi-transparent avec une grille de collecte du courant électrique optimisée Download PDF

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WO2020065459A1
WO2020065459A1 PCT/IB2019/057900 IB2019057900W WO2020065459A1 WO 2020065459 A1 WO2020065459 A1 WO 2020065459A1 IB 2019057900 W IB2019057900 W IB 2019057900W WO 2020065459 A1 WO2020065459 A1 WO 2020065459A1
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placement
semi
photovoltaic
zones
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Eric BETSCHITCH
Olivier Gagliano
Emilie BIALIC
Brice Arrazat
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Garmin Switzerland
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a semi-transparent photovoltaic device in thin layers provided with an electric current collection grid, the architecture of which is optimized to minimize the visual impact of said collection grid.
  • a thin-film photovoltaic cell is made up of at least:
  • a substrate which can be flexible, for example a polymer, or rigid, for example glass;
  • a first transparent electrically conductive electrode for example zinc oxide doped with aluminum (ZnO: AI);
  • a second electrically conductive, generally metallic electrode for example molybdenum (Mo);
  • an absorber constituting the photoactive part which can be composed of a single layer or of a stack of layers, for example based on amorphous silicon or on an alloy of copper, indium, galium and selenium hereinafter referred to as CIGS;
  • buffer layers for example in the case of an absorber consisting of CIGS, cadmium sulfide (CdS);
  • each thin layer varies from a few hundred nanometers to a few microns.
  • the order of stacking of the thin layers is conditioned by the technology of thin layers considered.
  • a photovoltaic device designates any type of photovoltaic cells or modules.
  • the photovoltaic modules are composed of a plurality of photovoltaic cells all connected together according to a series, parallel, parallel series or parallel series architecture.
  • a photovoltaic device is for example composed of several photovoltaic cells placed in series in order to increase the electrical voltage across the module. There are known methods of placing photovoltaic cells in series by successive stages of isolation and interconnection of the different layers which compose it as described in document EP0500451-B1.
  • a semi-transparent thin-film photovoltaic cell has a plurality of opaque active photovoltaic zones separated by transparency zones.
  • the photovoltaic zones can be of any shape.
  • the critical dimension of said shape is then defined as being the smallest of the sizes which characterizes it. It is for example a side for a square, the width for a rectangle, the height for a triangle.
  • the critical dimension denoted CD corresponds to the width of said strip.
  • the critical dimension of the photovoltaic bands is preferably less than 200 microns .
  • the active photovoltaic zones and the transparency zones are organized into networks of elementary, linear, circular or polygonal geometric structures.
  • the transparency of the photovoltaic cell is then a function of the surface fraction occupied by the active photovoltaic zones.
  • Patent WO2014 / 188092-A1 presents an advantageous embodiment of a semi-transparent photovoltaic mono-cell in thin layers. However, the electrical performance of these semi-transparent cells is degraded compared to a full cell (that is to say without transparency zone) of equivalent surface. It is known to those skilled in the art to add a collection grid to facilitate the collection of electric current. This electrically collectable grid conductive is arranged either in contact with the transparent electrode, or in contact with the absorber.
  • patent WO2014 / 188092-A1 describes a particular architecture of an improved collection grid adapted to a process implemented to achieve transparency.
  • the resumption of electrical contact between the collection grid and the transparent conductive electrode of the thin-film photovoltaic cell takes place through specific structures described in the aforementioned patent and called VIAs.
  • the assembly constituted by the collection grid and the VIAs forms the improved collection grid.
  • the VIAs are necessarily metallic (for example aluminum, silver or molybdenum) due to the electrical conductivity required and they are therefore reflective. Due to their size and orderly placement, the network they form is generally visible to the naked eye. Said network of VIAs then generates visual disturbance.
  • the present invention seeks to solve the double problem of the manufacturing cost and the invisibility of VIAs within semi-transparent photovoltaic modules.
  • the object of the invention is to propose an architecture of VIAs arranged so as to generate a quasi uniformity in the transparency of the photovoltaic device by maximizing the collection of electrical charges, while at the same time minimizing the manufacturing cost of said device.
  • the invention also aims to propose a method of placing VIAs according to the constraints of the architecture targeted.
  • the first object of the invention is a semi-transparent photovoltaic device comprising at least:
  • an absorber composed of one or more photo-active thin layer (s);
  • VIAs a multitude of contact recovery between the front electrode and the metal contact recovery layer, called VIAs, characterized in that the distribution of VIAs within active photovoltaic areas is random while respecting predetermined electrical and optical constraints of so as to avoid the presence of gaps and clusters of VIAs.
  • the critical dimension CDPV of the active photovoltaic zones is between 1 pm and 100 pm.
  • the critical dimension CDT of the transparency zones is less than 1 mm.
  • the area of a VIA is between 15 pm 2 and 50 pm 2 .
  • the maximum distance DviA_max between two VIAs is equal to 1000 pm
  • the minimum distance DviA_min between two VIAs is equal to 5 pm
  • the density d of the VIAs is less than 70 VIAs / mm 2 , and greater than 10 VIAs / mm 2 .
  • all the VIAs are centered within the active photovoltaic zones.
  • one of the photoactive layers of the absorber can be composed of amorphous silicon.
  • a second object of the invention is a method of random placement of VIAs allowing the manufacture of the semi-transparent photovoltaic device described above and comprising the following steps:
  • Step A Selection of an active photovoltaic area eligible for placement of VIAs according to predefined criteria
  • Step B Definition of the electrical and optical constraints for placing the VIAs
  • Step C Initialization of the placement of VIAs (8) within the eligible photovoltaic area defined in step A;
  • Step D Placement of the following VIAs by an iterative process within said eligible area defined in step A;
  • Step E Return to step A as long as one or more eligible active photovoltaic zone (s) not already previously selected does not contain VIAs.
  • step A further comprises the following sub-steps:
  • Step A1 Selection of an active photovoltaic zone without VIA which has not already been previously selected
  • Step A2 Choice of eligibility criteria for active photovoltaic zones with VIA placement
  • Step A3 Validation of the choice of placement of VIAs in this area, which becomes an eligible active photovoltaic area.
  • step B also comprises the following sub-steps:
  • step C further comprises the following sub-steps:
  • Stage CO Choice of the end of the eligible active photovoltaic zone and of the value of the distance DEX between said end and the first VIA of said zone called inter-VIA-end distance.
  • Step Cl Choice of the first zone Zi for placing the VIAs, this zone being determined by the inter-VIA-DEX end distance and by the maximum inter-VIA distance DviA_max. ; the first zone being between DE X and (DEX + DVIAJTOX).
  • Step C2 Random placement Pi of the first VIA in the first area Zi of placement of the VIAs.
  • step D further comprises the following sub-steps:
  • Stage DI Definition of the i th placement area of the VIAs, denoted Z,, according to the placement constraints of the VIAs and of the placement of the (il) th VIA placed in the area P (ii), according to
  • Step D2 Insertion random Pi of the i th VIA in the ith VIAs placement area, denoted Z ,, until all of the vias are positioned in the selected active photovoltaic area in step A.
  • the random placement within the active photovoltaic zones follows a discrete or continuous uniform law, a normal law, a Poisson law, or any type of law describing a random process.
  • Figure IA is a sectional view of a known thin-film photovoltaic stack.
  • FIG. 1B is a top view of the photovoltaic stack of FIG. 1A in which several thin layers have been etched in places to form transparency zones and active photovoltaic zones.
  • FIG. 1C is a top view of the stack of FIG. 1B to which the contact recovery zones of the VIA type have been added.
  • Figure 1D is a sectional view along the direction X of Figure IC.
  • Figure 1E is a sectional view from Figure 1D to which a layer of insulation has been added.
  • Figure 1F is a sectional view from Figure 1E to which has been added a metal contact recovery layer.
  • FIG. 2A is an illustration of the visual rendering of the VIAs placed randomly and creating visual defects for a known semi-transparent photovoltaic module intended to be integrated in a watch glass.
  • FIG. 2B is an illustration of the visual rendering of the VIAs placed randomly and without visual defects for a semi-transparent photovoltaic module object of the invention and intended to be integrated in a watch glass.
  • FIGS. 3A to 3F are views of the intermediate photovoltaic modules obtained according to different stages of a first example of the method according to the invention.
  • FIGS. 4A to 41 are views of the intermediate photovoltaic modules obtained according to different stages of a second example of the method according to the invention.
  • FIG. 5 is a photograph of a semi-transparent photovoltaic module according to the invention, designed to be integrated into a watch.
  • Figure IA is a sectional view of a photovoltaic stack known from the state of the art. In this example, the stack is made up:
  • an absorber (3) composed of several layers based on amorphous silicon (a_Si) forming a junction p-i-n;
  • a rear electrode (4) formed from one or more metals or metal alloys, for example aluminum or silver.
  • the first step of this process consists in making the transparency zones (6T) and in electrically isolating the collection buses (7 +, 7-) by isolation zones (6i).
  • the transparency and insulation zones (6T and 6i) are produced by successive etchings of the thin layers forming the rear electrode, the absorber and the front electrode.
  • FIG. 1B is a top view of the semi-transparent photovoltaic cells whose transparency zones (6T) have the form of horizontal bands parallel to each other, of critical dimension CDT and which separate the active photovoltaic zones (5) in pairs of critical dimension CDPV.
  • the vertical opaque bands are the collection buses (7 + and 7) electrically isolated from the active photovoltaic zones (5).
  • the transparency zones (6T) electrically isolate the active photovoltaic strips (5), each of said strips forming unitary photovoltaic cells.
  • these isolated active photovoltaic zones In order to electrically connect (in series and / or parallel) these isolated active photovoltaic zones to the collection buses (7 + and 7) to obtain a photovoltaic module, it is necessary to make an electrical contact between the transparent conductive oxide (2) and one of the collection buses (7 + ).
  • This electrical contact is made by means of a metal collecting grid which is electrically isolated from the rear electrode by the use an insulating material, usually a polymer.
  • the collection grid described in the rest of the document is formed by:
  • VIAs a metallic contact recovery layer (11); o a multitude of contact recovery of the front electrode / metal contact recovery layer, called VIAs (8).
  • VIA type contact recovery involves several consecutive steps. Consider the example of an architecture in semi-transparent strips as shown in Figure IB.
  • Step 1 Within the active photovoltaic zones (5) are engraved contact resumption zones (80). These contact recovery zones (80) are, in the example of FIG. 1C, square shapes and perfectly included within the active photovoltaic strips (5). Two neighboring contact recovery zones (80) within the same active photovoltaic zone (5) are separated by an inter-VIA distance (DVIA). The edges adjacent to the isolation zones (respectively 6i + , 6i-) are defined by ends (respectively Ex + , Ex-) of the photovoltaic zone active. The distance between an end (respectively Ex + , Ex-) is called inter-VIA distance - end OF X (respectively DEX +, DEX-) ⁇
  • FIG. 1D is a sectional view of FIG. 1C in the direction X where the contact recovery zones (80) of the VIA type appear.
  • Step 2 An electrical insulation layer (9) is introduced to electrically isolate the front electrode (2) from the rear electrode (4).
  • Figure 1E is a sectional view from Figure 1D to which the insulation layer (9) has been added.
  • This layer of electrical insulation is for example a transparent, permanent and photosensitive resin.
  • the VIA type contact recovery zones (800 are left vacant for contact recovery on the transparent conductive oxide (2) intended to improve the collection of photogenerated electrical charges within the zones photovoltaic assets.
  • Rear contact resumption zones (10) are left vacant in order to effect contact resumption on the metal (4).
  • Step 3 A metallic contact recovery layer (11) is then deposited and etched for example using a new photolithography step, as shown in Figure 1F, to connect the front electrode (2) to the bus 7 + and l 'rear electrode (4) at bus T, in order to make the semi-transparent photovoltaic module functional.
  • the surface of a VIA is defined as being the contact surface between the contact recovery metal (11) and the front electrode (2). This surface can be of any shape.
  • the invention aims to optimize the placement of VIAs (8) within a semi-transparent photovoltaic device. This optimization takes into account both the electrical aspects and the visual rendering of the semi-transparent photovoltaic modules.
  • the inter-VIA (DVIA) and inter-VIA-end (DE X ) distance is between 1 pm and 1000 pm.
  • FIG. 2A is an illustration of the visual rendering of the VIAs produced according to the state of the art and placed randomly and creating visual defects for a semi-transparent photovoltaic module intended to be integrated into a watch glass.
  • the random placement of VIAs follows the following constraints:
  • inter-VIA and inter-VIA-end distances are between 5 pm and 1000 pm.
  • random placement can generate:
  • FIG. 2B is an illustration of the visual rendering of the VIAs placed randomly but following the constraints previously exposed, which eliminates the visual defects for a semi-transparent photovoltaic module according to the invention intended to be integrated in a watch glass. Indeed, the integration of these architectural placement constraints makes it possible to eliminate the appearance of clusters and gaps of VIAs harmful from the visual point of view.
  • Step A Selection of an active photovoltaic zone eligible for placement of VIAs, which is broken down into sub-steps as follows:
  • Step A2 Choice of eligibility criteria for active photovoltaic zones for the placement of VIA.
  • Step A3 Validation of the choice of placement of VIAs in this area, for example according to the VIAS already present in the device or according to constraints of the device's particular geometry (by example the presence of a watch bezel in the case of a screen for a photovoltaic watch).
  • Said area will then be called eligible active photovoltaic area.
  • Step B Define the VIAs placement constraints (8)
  • Step C Initialization of the placement of VIAs (8) within the eligible active photovoltaic zones, which is broken down into sub-steps as follows:
  • Step Cl choice of the first placement area of the VIAs (8), Zi, which is determined by the inter-VIA-end distance OF X + and the maximum inter-VIA distance DviA . max- The first placement area is therefore between DE x + and (DEx ++ DviA_max).
  • Step C2 Random placement Pi of the first VIA (8) in the first area Zi of placement of the VIAs. An example of such placement is shown in Figure 3C.
  • Step D Iterative method of placing the other VIAs (8) o Step DI: Let us take the example of the case of zone Z 2 . In the direction Y, the zone Z 2 extends from the distance DviA_min to the distance DviA_max from the first VIA placed in Pi, as shown in Figure 3D.
  • Step D2 For example, the placement P 2 is placed randomly within the zone Z 2 of FIG. 3D.
  • the iterative process of step D ends when all the VIAs (8) are placed in the eligible active photovoltaic zone (5) selected in step A.
  • An example is presented in FIG. 3E.
  • Step E Return to step A as long as one or more active photovoltaic zone (s) not already previously selected does not contain VIAs.
  • An example is shown in Figure 3F.
  • FIG. 4A represents such a module.
  • the transparency zones (6T) therefore have the shape of all or part of a hexagon of critical dimension CDT as described in the zoom of FIG. 4A, separating active photovoltaic zones (5) opaque of critical dimension CDPV.
  • the description of the device is made along the axes Y and Z as described in FIG. 4A.
  • the Y axis is chosen perpendicular to the collection buses and its orientation is chosen arbitrarily from one bus to another, here from bus 7 + to bus 7.
  • the Z axis is advantageously perpendicular to the Y axis and directed towards the top of the device.
  • Step 1 Artificial reconstruction of incomplete hexagons to allow indexing of the hexagons and the choice of their sides to allow the completion of steps 2, 3 and 4.
  • FIG. 4B represents the device of FIG. 4A in which the incomplete hexagons have been artificially completed. The gray areas (12) are therefore not part of said device.
  • the hexagons of index i, j can be selected by their center Sy.
  • a regular mesh is proposed making it possible to index each hexagon in a unique manner by its center Sy.
  • the index hexagon (2, j) is selected via its center S2, j-
  • Step 3 Choice of three adjacent sides Hi, H 2, H3 of any hexagon according to the orientation of FIG. 4A.
  • each hexagon in FIG. 4C selects for the set of hexagons the same three sides.
  • the choice of these sides can be made completely arbitrarily without consequence.
  • the three sides H are chosen according to the representation of FIG. 4D.
  • Hi corresponds to the horizontal segment having the highest ordinate Z.
  • H 2 represents the segment having a common end with Hi of which said common end with the smallest abscissa (in this example to the left of Hi).
  • the H3 side is the side adjacent to the second end of H 2 .
  • Step 4 Selection of photovoltaic zones and placement of VIAs
  • Step 4A Selection of the Sy center hex For k varying from 1 to 3
  • Step 4B Selection of the Hi, j, k side and definition of the eligible photovoltaic area
  • the active photovoltaic zone corresponds to the segment contained in Hij, k belonging to the device, proceed to step 4C in said photovoltaic zone.
  • the eligible active photovoltaic zone corresponds to the entire side Hij, k.
  • Step 4C Proceed to steps A2, A3, B, C and D
  • step 4 Repeat step 4 until all the hexes have been considered.
  • the first hexagon to be considered has its center S 2 , 2 is represented in the figure
  • Step 4E The three segments H2,2, I H2,2,2 and H2,2,3 do not belong to the device. Step 4C is not applied.
  • the two sides H2,6, I and H2,6,2 do not belong to the device.
  • Step 4C is not applied. However, part of the H2,6,3 segment belongs to the device.
  • Step 4C is applied to the active photovoltaic area belonging to the H2,6,3 side and to the device.
  • An example of placement of vias 8 is shown in Figure 4G.
  • the hexagons to be considered have as centers S 4 , 2, S 4 , 6, S 4 , io, S 4 , i 4 and S 4 , i8.
  • a front electrode (2) consisting of zinc oxide doped with aluminum (ZnO: AI);
  • An absorber (3) composed essentially of amorphous silicon (aSi);
  • This photovoltaic module has a diameter of 35 mm. It has a transparency rate of 90%.
  • the VIAs have been fully placed in the photovoltaic zones. The placement of VIAs was carried out randomly under constraints such as:
  • the density d of the VIAs is less than 20 VIAs / mm 2 ;
  • a random Gaussian law was used for the placement of VIAs in the effective VIAs placement areas.
  • FIG. 4 A photograph of said exemplary embodiment is presented in FIG. 4.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif photovoltaïque semi-transparent comportant: des zones photovoltaïques actives (5) formées d'un substrat transparent (1), d'une électrode avant (2), d'un absorbeur (3) composé d'une ou plusieurs couche(s) mince(s) photo-active(s), et d'une électrode arrière (4); des zones de transparence (6T) séparant au moins deux zones photovoltaïques actives; une grille de collecte formée par une couche métallique de reprise de contact (11) et une multitude de reprises de contact entre l'électrode avant et la couche de reprise de contact, dénommées VIAs (8); caractérisé en ce que la répartition des VIAs au sein des zones photovoltaïques actives est aléatoire tout en respectant des contraintes électriques et optiques prédéterminées afin d'éviter la présence de lacunes et d'amas de VIAs.

Description

Dispositif photovoltaïque semi-transparent avec une grille de collecte du courant électrique optimisée
La présente invention se rapporte à un dispositif photovoltaïque semi- transparent en couches minces pourvu d'une grille de collecte de courant électrique dont l'architecture est optimisée pour minimiser l'impact visuel de ladite grille de collecte.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une cellule photovoltaïque en couches minces est composée d'au moins :
- un substrat qui peut être flexible, par exemple un polymère, ou rigide, par exemple du verre ;
- une première électrode transparente électriquement conductrice, par exemple de l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (ZnO:AI) ;
- une seconde électrode électriquement conductrice généralement métallique, par exemple du molybdène (Mo) ;
- un absorbeur constituant la partie photo-active qui peut être composé d'une unique couche ou d'un empilement de couches, par exemple à base de silicium amorphe ou d'un alliage de cuivre, d'indium, de galium et de sélénium dénommé ci-après CIGS ;
- éventuellement d'une ou plusieurs couches tampons, par exemple dans le cas d'un absorbeur constitué de CIGS, du sulfure de cadmium (CdS) ;
- éventuellement d'une ou de plusieurs couches barrières ;
L'épaisseur de chaque couche mince varie de quelques centaines de nanomètres à quelques microns. L'ordre d'empilement des couches minces est conditionné par la technologie de couches minces considérée.
Un dispositif photovoltaïque désigne tout type de cellules ou modules photovoltaïques. Les modules photovoltaïques sont composés d'une pluralité de cellules photovoltaïques toutes connectées entre elles selon une architecture série, parallèle, série parallèle ou parallèle série. Un dispositif photovoltaïque est par exemple composé de plusieurs cellules photovoltaïques mises en série afin d'augmenter la tension électrique aux bornes du module. On connaît des méthodes de mise en série de cellules photovoltaïques par des étapes successives d'isolation et d'interconnexion des différentes couches qui le composent tel que décrit dans le document EP0500451- Bl.
La transparence ou semi-transparence des dispositifs photovoltaïques permet une intégration plus esthétique desdits dispositifs dans des produits, en particulier dans des dispositifs électroniques de consommation courante tels que les montres connectées. Cette transparence peut être obtenue par des procédés de gravure, de lithographie et/ou d'ablation laser. En général, une cellule photovoltaïque en couches minces semi-transparentes comporte une pluralité de zones actives photovoltaïques opaques séparées par des zones de transparence. Les zones photovoltaïques (respectivement des zones de transparence) peuvent être de formes quelconques. On définit alors la dimension critique de ladite forme comme étant la plus petite des tailles qui la caractérise. Il s'agit par exemple d'un côté pour un carré, de la largeur pour un rectangle, de la hauteur pour un triangle. Par exemple, dans le cas d'une bande photovoltaïque, la dimension critique notée CD correspond à la largeur de ladite bande. Lorsqu'un aspect homogène transparent est recherché (c'est-à-dire lorsqu'on ne souhaite pas distinguer à l'œil nu les zones opaques des zones de transparence), la dimension critique des bandes photovoltaïques est de préférence inférieure à 200 microns.
Dans un mode de réalisation connu, les zones actives photovoltaïques et les zones de transparence sont organisées en réseaux de structures géométriques élémentaires, linéaires, circulaires ou polygonales. La transparence de la cellule photovoltaïque est alors fonction de la fraction surfacique occupée par les zones actives photovoltaïques.
Le brevet WO2014/188092-A1 présente un mode de réalisation avantageux d'une mono-cellule photovoltaïque semi-transparente en couches minces. Néanmoins, les performances électriques de ces cellules semi-transparentes sont dégradées en comparaison à une cellule pleine (c'est-à-dire sans zone de transparence) de surface équivalente. Il est connu de l'homme du métier d'ajouter une grille de collecte pour faciliter la collecte du courant électrique. Cette grille de collecte électriquement conductrice est disposée soit au contact de l'électrode transparente, soit au contact de l'absorbeur. Par exemple, le brevet WO2014/188092-A1 décrit une architecture particulière de grille de collecte améliorée adaptée à un procédé mis en œuvre pour réaliser la transparence. La reprise de contact électrique entre la grille de collecte et l'électrode transparente conductrice de la cellule photovoltaïque à couche mince s'effectue au travers de structures particulières décrites dans le brevet précité et dénommées VIAs. L'ensemble constitué par la grille de collecte et les VIAs forme la grille de collecte améliorée.
Cependant les VIAs sont nécessairement métalliques (par exemple en aluminium, en argent ou en molybdène) du fait de la conductivité électrique exigée et ils sont donc réfléchissants. Du fait de leur dimension et d'un placement ordonné, le réseau qu'ils forment est en général perceptible à l'œil nu. Ledit réseau de VIAs engendre alors une gêne visuelle.
Il pourrait être envisageable de diminuer les dimensions des VIAs. Cependant, les coûts de procédé deviennent alors prohibitifs. En effet, afin de réduire les dimensions des VIAs en deçà de quelques microns, il serait alors nécessaire d'équiper les chaînes de production de machines de photolithographie de nouvelle génération 100 fois plus onéreuses que les machines de photolithographie standards.
La présente invention cherche à résoudre la double problématique du coût de fabrication et de l'invisibilité des VIAs au sein de modules photovoltaïques semi- transparents.
BUT DE L'INVENTION
L'invention a pour but de proposer une architecture de VIAs disposés de façon à générer une quasi uniformité de la transparence du dispositif photovoltaïque en maximisant la collecte des charges électriques, et ce, tout en minimisant le coût de fabrication dudit dispositif. L'invention a également pour but de proposer une méthode de placement des VIAs selon les contraintes de l'architecture visée.
OBJETS DE L'INVENTION Dans son principe de base l'invention a pour premier objet un dispositif photovoltaïque semi-transparent comportant au moins :
- des zones photovoltaïques actives formées :
o d'un substrat transparent ;
o d'une électrode avant;
o d'un absorbeur composé d'une ou plusieurs couche(s) mince(s) photo-active(s) ;
o d'une électrode arrière;
- des zones de transparence séparant au moins deux zones photovoltaïques actives ;
- une grille de collecte formée par :
o une couche métallique de reprise de contact ;
o une multitude de reprises de contact entre l'électrode avant et la couche métallique de reprise de contact, dénommées VIAs, caractérisé en ce que la répartition des VIAs au sein des zones photovoltaïques actives est aléatoire tout en respectant des contraintes électriques et optiques prédéterminées de manière à éviter la présence de lacunes et d'amas de VIAs.
Avantageusement, la dimension critique CDPV des zones photovoltaïques actives est comprise entre 1 pm et 100 pm.
Selon un mode de réalisation, la dimension critique CDT des zones de transparence est inférieure à 1 mm.
Selon un mode de réalisation, la surface d'un VIA est comprise entre 15 pm2 et 50 pm2.
Selon un mode de réalisation, la distance maximale DviA_max entre deux VIAs est égale à 1000 pm, et la distance minimale DviA_min entre deux VIAs est égale à 5 pm.
Selon un mode de réalisation, la densité d des VIAs est inférieure à 70 VIAs / mm2, et supérieure à 10 VIAs / mm2.
Selon un mode de réalisation, tous les VIAs sont centrés au sein des zones photovoltaïques actives. En pratique, l'une des couches photo-actives de l'absorbeur peut être composée de silicium amorphe.
Un second objet de l'invention est un procédé de placement aléatoire des VIAs permettant la fabrication du dispositif photovoltaïque semi-transparent décrit ci-dessus et comportant les étapes suivantes :
- Etape A : Sélection d'une zone photovoltaïque active éligible au placement des VIAs en fonction de critères prédéfinis ;
- Etape B : Définition des contraintes électriques et optiques de placement des VIAs ;
- Etape C : Initialisation du placement des VIAs (8) au sein de la zone photovoltaïque éligible définie à l'étape A ;
- Etape D : Placement des VIAs suivants par un procédé itératif au sein de ladite zone éligible définie à l'étape A ;
- Etape E : Retour à l'étape A tant qu'une ou plusieurs zone(s) photovoltaïque(s) active(s) éligibles non déjà préalablement sélectionnée(s) ne contien(nen)t pas de VIAs.
Selon un mode de réalisation du procédé, l'étape A comprend en outre les sous étapes suivantes :
o Etape Al : Sélection d'une zone photovoltaïque active sans VIA qui n'a pas déjà été au préalable sélectionnée ;
o Etape A2 : Choix des critères d'éligibilité des zones photovoltaïques actives à placement de VIA ;
o Etape A3 : Validation du choix du placement des VIAs dans cette zone, qui devient une zone photovoltaïque active éligible.
Selon un mode de réalisation du procédé, l'étape B comprend en outre les sous étapes suivantes :
- Etape B : Définition des contraintes de placement des VIAs, à savoir : o Etape B1 : Définition des contraintes électriques en fonction de l'architecture des zones photovoltaiques en choisissant les valeurs initiales DVIA. _max_0 = 1000 pm et DVIA..min_0 = lpm ou des valeurs telles que DVIA. _max < 1000 mhi et DVIA. min > Imhi, en vérifiant que DVIA..max > DviA_min .
o Etape B2 : Définition des contraintes optiques en fonction de l'architecture des zones photovoltaïques en choisissant la valeur initiale de la densité do = 70 VIAs / mm2 ou en choisissant une valeur de densité inférieure à 70 VIAs / mm2.
Selon un mode de réalisation du procédé, l'étape C comprend en outre les sous étapes suivantes :
o Etape CO : Choix de l'extrémité de la zone photovoltaïque active éligible et de la valeur de la distance DEX entre ladite extrémité et le premier VIA de ladite zone appelée distance inter-VIA-extrémité. o Etape Cl : Choix de la première zone Zi de placement des VIAs, cette zone étant déterminée par la distance inter-VIA-extrémité DEX et par la distance maximale inter-VIA DviA_max. ; la première zone étant comprise entre DEX et (DEX+ DVIAJTOX).
o Etape C2 : Placement Pi aléatoire du premier VIA dans la première zone Zi de placement des VIAs.
Selon un mode de réalisation du procédé, l'étape D comprend en outre les sous étapes suivantes :
o Etape DI : Définition de la ième zone de placement des VIAs, notée Z, , en fonction des contraintes de placement des VIAs et du placement du (i-l)ème VIA placé dans la zone P(i-i), en fonction de
DviA_max St DviA_min ·
o Etape D2 : Placement Pi aléatoire du ième VIA dans la ième zone de placement des VIAs, notée Z,, jusqu'à ce que tous les VIAs soient placés dans la zone photovoltaïque active sélectionnée à l'étape A.
Avantageusement, le placement aléatoire au sein des zones photovoltaïques actives suit une loi uniforme discrète ou continue, une loi normale, une loi de Poisson, ou tout type de loi décrivant un processus aléatoire. DESCRIPTION DETAILLEE
L'invention est maintenant décrite plus en détail à l'aide de la description des figures 1 à 5.
La figure IA est une vue en coupe d'un empilement photovoltaïque en couches minces connu.
La figure IB est une vue de dessus de l'empilement photovoltaïque de la figure IA au sein duquel plusieurs couches minces ont été gravées par endroits pour former des zones de transparence et des zones photovoltaïques actives.
La figure IC est une vue de dessus de l'empilement de la figure IB à laquelle ont étés ajoutées les zones de reprise de contact de type VIA.
La figure 1D est une vue en coupe selon la direction X de la figure IC.
La figure 1E est une vue en coupe issue de la figure 1D à laquelle a été ajoutée une couche d'isolation.
La figure 1F est une vue en coupe issue de la figure 1E à laquelle a été ajoutée une couche métallique de reprise de contact.
La figure 2A est une illustration du rendu visuel des VIAs placés aléatoirement et créant des défauts visuels pour un module photovoltaïque semi-transparent connu destiné à être intégré dans un verre de montre.
La figure 2B est une illustration du rendu visuel des VIAs placés aléatoirement et sans défauts visuels pour un module photovoltaïque semi-transparent objet de l'invention et destiné à être intégré dans un verre de montre.
Les figures 3A à 3F sont des vues des modules photovoltaïques intermédiaires obtenus selon différentes étapes d'un premier exemple du procédé selon l'invention.
Les figures 4A à 41 sont des vues des modules photovoltaïques intermédiaires obtenus selon différentes étapes d'un second exemple du procédé selon l'invention.
La figure 5 est une photographie d'un module photovoltaïque semi-transparent selon l'invention, conçu pour être intégré dans une montre. La figure IA est une vue en coupe d'un empilement photovoltaïque connu de l'état de l'art. Dans cet exemple, l'empilement est constitué :
- d'un substrat en verre (1) ;
- d'une électrode avant (2) formée d'un oxyde conducteur transparent, par exemple de l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (ZnO:AI) ou de l'oxyde d'étain dopé au fluor (Sn02:F) ;
- d'un absorbeur (3) composé de plusieurs couches à base de silicium amorphe (a_Si) formant une jonction p-i-n ;
- d'une électrode arrière (4) formée d'un ou plusieurs métaux ou alliages métalliques, par exemple de l'aluminium ou de l'argent.
Il est possible de transformer cet empilement, par des procédés de gravure photolithographique et de dépôt connus de l'homme du métier, pour obtenir un module photovoltaïque semi-transparent. La première étape de ce procédé consiste à réaliser les zones de transparence (6T) et à isoler électriquement les bus de collecte (7+,7-) par des zones d'isolation (6i). Les zones de transparence et d'isolation (6T et 6i) sont réalisées par gravures successives des couches minces formant l'électrode arrière, l'absorbeur et l'électrode avant.
La figure IB est une vue de dessus des cellules photovoltaïques semi- transparentes dont les zones de transparence (6T) ont la forme de bandes horizontales parallèles entre elles, de dimension critique CDT et qui séparent deux à deux les zones photovoltaïques actives (5) opaques de dimension critique CDPV. Les bandes opaques verticales sont les bus de collecte (7+ et 7 ) isolés électriquement des zones photovoltaïques actives (5).
Les zones de transparence (6T) isolent électriquement les bandes photovoltaïques actives (5), chacune desdites bandes formant des cellules photovoltaïques unitaires. Afin de connecter électriquement (en série et/ou parallèle) ces zones photovoltaïques actives isolées aux bus de collecte (7+ et 7 ) pour obtenir un module photovoltaïque, il est nécessaire de réaliser un contact électrique entre l'oxyde transparent conducteur (2) et l'un des bus de collecte (7+). Ce contact électrique est réalisé grâce à une grille de collecte métallique qui est isolée électriquement de l'électrode arrière par l'emploi d'un matériau isolant, généralement un polymère. La grille de collecte décrite dans la suite du document est formée par :
o une couche métallique de reprise de contact (11) ; o une multitude de reprises de contact électrode avant/couche métallique de reprise de contact, dénommées VIAs (8).
La réalisation d'une reprise de contact de type VIA comprend plusieurs étapes consécutives. Considérons l'exemple d'une architecture en bandes semi-transparentes telle que représentée à la figure IB.
Etape 1 : Au sein des zones photovoltaïques actives (5) sont gravées des zones de reprise de contact (80). Ces zones de reprise de contact (80) sont dans l'exemple de la figure IC, de formes carrées et parfaitement incluses au sein des bandes photovoltaïques actives (5). Deux zones de reprises de contact (80) voisines au sein d'une même zone photovoltaïque active (5) sont séparées par une distance inter-VIA (DVIA) . On définit par extrémités (respectivement Ex+, Ex-) de la zone photovoltaïque active les bords adjacents aux zones d'isolation (respectivement 6i+, 6i-). La distance entre une extrémité (respectivement Ex+, Ex-) est dénommée distance inter-VIA- extrémité DEX (respectivement DEX+, DEX-) ·
Les zones de reprise de contact (80) sont issues de la gravure de l'électrode arrière (4) et de la couche d'absorbeur (3) par des procédés de photolithographie conventionnels, connus de l'homme du métier. La figure 1D est une vue en coupe de la figure IC selon la direction X où apparaissent les zones de reprise de contact (80) de type VIA.
Etape 2 : Une couche d'isolation électrique (9) est introduite pour isoler électriquement l'électrode avant (2) de l'électrode arrière (4). La figure 1E est une vue en coupe issue de la figure 1D à laquelle a été ajoutée la couche d'isolation (9). Cette couche d'isolation électrique est par exemple une résine transparente, permanente et photosensible. Les zones de reprise de contact de type VIA (800 sont laissées vacantes pour la reprise de contact sur l'oxyde transparent conducteur (2) ayant pour objet l'amélioration de la collecte des charges électriques photogénérées au sein des zones actives photovoltaïques. Des zones de reprise du contact arrière (10) sont laissées vacantes afin de réaliser la reprise de contact sur le métal (4).
Etape 3 : Une couche métallique de reprise de contact (11) est alors déposée et gravée par exemple grâce une nouvelle étape de photolithographie, tel que représenté à la figure 1F, pour connecter l'électrode avant (2) au bus 7+ et l'électrode arrière (4) au bus T, et ce afin de rendre le module photovoltaïque semi-transparent fonctionnel.
On définit la surface d'un VIA comme étant la surface de contact entre le métal de reprise de contact (11) et l'électrode avant (2). Cette surface peut être de forme quelconque.
L'invention vise à optimiser le placement des VIAs (8) au sein d'un dispositif photovoltaïque semi-transparent. Cette optimisation tient compte à la fois des aspects électriques et du rendu visuel des modules photovoltaïques semi-transparents. Afin de maximiser les performances électriques desdits modules photovoltaïques, la distance inter-VIA (DVIA) et inter-VIA-extrémité (DEX) est comprise entre 1 pm et 1000 pm.
La figure 2A est une illustration du rendu visuel des VIAs réalisés selon l'état de la technique et placés aléatoirement et créant des défauts visuels pour un module photovoltaïque semi-transparent destiné à être intégré dans un verre de montre. Le placement aléatoire des VIAs suit les contraintes suivantes :
- un VIA ne peut être placé qu'au sein des zones photovoltaïques actives ;
- les distances inter-VIA et inter-VIA-extrémité sont comprises entre 5 pm et 1000 pm.
Sans contraintes supplémentaires, un placement aléatoire peut générer :
- des amas (82) de VIAs correspondant à une forte densité de concentration de VIAs pour une surface de référence (Sref) donnée, apparaissant à l'œil nu dans les dispositifs photovoltaïques comme une tache sombre ;
- des lacunes (81) de VIAs correspondant à une faible densité de concentration de VIAs pour une surface de référence (Sref) donnée, apparaissant à l'œil nu dans les dispositifs photovoltaïques comme une tache claire. L'invention doit permettre de supprimer l'apparition d'amas (82) et de lacunes (81) de VIAs. On considère que la suppression d'amas (82) est rendue possible si la densité des VIAs reste partout inférieure à 70 VIAs / mm2. La suppression de lacunes (81) est rendue possible si la densité des VIAs reste partout supérieure à 10 VIAs / mm2.
La figure 2B est une illustration du rendu visuel des VIAs placés aléatoirement mais en suivant les contraintes précédemment exposées, ce qui supprime les défauts visuels pour un module photovoltaïque semi-transparent selon l'invention destiné à être intégré dans un verre de montre. En effet, l'intégration de ces contraintes architecturales de placement permettent de supprimer l'apparition d'amas et de lacunes de VIAs néfastes du point de vue visuel.
Considérons un module semi-transparent en bandes tel que représenté à la figure IB. Un procédé de placement aléatoire des VIAs permettant la fabrication du dispositif semi-transparent selon l'invention suit les étapes A à F décrites par la suite.
Etape A : Sélection d'une zone photovoltaïque active éligible au placement des VIAs, qui se décompose en sous-étapes comme suit :
o Etape Al : Sélection d'une zone photovoltaïque active (5 sans VIA qui n'a pas déjà été au préalable sélectionnée
Cette sélection peut être réalisée arbitrairement. Il est cependant recommandé de commencer par un bord du dispositif. Dans cet exemple, il est possible de commencer par le bord haut du dispositif tel que décrit dans la figure 3A. Dans cet exemple, la première zone photovoltaïque active choisie est donc la zone 5'.
o Etape A2 : Choix des critères d'éligibilité des zones photovoltaïques actives pour le placement de VIA.
Pour des raisons de dimension des zones photovoltaïques actives, il est parfois souhaitable de ne pas retenir des zones photovoltaïques pour les placements des VIAs.
o Etape A3 : Validation du choix du placement des VIAs dans cette zone, par exemple en fonction des VIAS déjà présents dans le dispositif ou en fonction de contraintes de géométrie particulière du dispositif (par exemple la présence d'un rehaut de montre dans le cas d'un écran pour montre photovoltaïque) .
Ladite zone sera alors dénommée zone photovoltaïque active éligible.
Etape B : Définir les contraintes de placement des VIAs (8)
O DviA_min = 5 mPΊ
O DviA_max = 1000 mGΐΊ
o 10 < d < 70 VIAs / mm2
Etape C : Initialisation du placement des VIAs (8) au sein des zones photovoltaïques actives éligibles, qui se décompose en sous-étapes comme suit :
o Etape CO : choix de l'extrémité de la zone photovoltaïque active (50 éligible, à savoir Ex+ dans l'exemple de la figure 3B, et sa valeur est définie selon DEX+ = DVIA. _min_0— 5 pm.
o Etape Cl : choix de la première zone de placement des VIAs (8), Zi, qui est déterminée par la distance inter-VIA-extrémité DEX+ et la distance maximale inter-VIA DviA.max- La première zone de placement est donc comprise entre DEx+ et (DEx++DviA_max).
o Etape C2 : Placement Pi aléatoire du premier VIA (8) dans la première zone Zi de placement des VIAs. Un exemple d'un tel placement est représenté à la figure 3C.
Etape D : Procédé itératif du placement des autres VIAs (8) o Etape DI : Prenons l'exemple du cas de la zone Z2. Selon la direction Y, la zone Z2 s'étend de la distance DviA_min à la distance DviA_max à partir du premier VIA placé en Pi, comme représenté à la figure 3D.
o Etape D2 : Par exemple, le placement P2 est placé aléatoirement au sein de la zone Z2 de la figure 3D. Le procédé itératif de l'étape D prend fin lorsque tous les VIAs (8) sont placés dans la zone photovoltaïque active (5) éligible sélectionnée à l'étape A. Un exemple est présenté à la figure 3E.
Etape E : Retour à l'étape A tant qu'une ou plusieurs zone(s) photovoltaïque(s) active(s) non déjà préalablement sélectionnée(s) ne contient (contiennent) pas de VIAs. Un exemple est présenté à la figure 3F.
Considérons un module semi-transparent dont les zones de transparence forment des hexagones agencés en réseau de type « nid d'abeille ». La figure 4A représente un tel module. Pour plus de lisibilité, les zones d'isolation n'ont pas été représentées. Les zones de transparence (6T) ont donc la forme de tout ou partie d'hexagone de dimension critique CDT telle que décrite sur le zoom de la figure 4A, séparant des zones photovoltaïques actives (5) opaques de dimension critique CDPV. La description du dispositif s'effectue selon les axes Y et Z tel que décrit sur la figure 4A. Préférentiellement l'axe Y est choisi perpendiculairement aux bus de collecte et son orientation est choisie arbitrairement d'un bus à un autre, ici du bus 7+ au bus 7 . L'axe Z est avantageusement perpendiculaire à l'axe Y et dirigé vers le haut du dispositif.
Afin de placer les VIAs grâce au procédé précédemment décrit il est nécessaire de choisir les zones photovoltaïques. Considérer une ligne continue photovoltaïque allant d'un bus à l'autre du dispositif, ne permet pas de parcourir l'ensemble des zones photovoltaïques. Dans cet exemple, il est alors intéressant de définir une zone photovoltaïque active comme un segment photovoltaïque qui matérialise l'un des côtés de l'hexagone et au sein de laquelle les étapes A2, A3, B, C et D vont être exécutées. Ces étapes étant identiques à celles présentées dans l'exemple du module photovoltaïque semi-transparent en bandes, elles ne seront pas à nouveau détaillées ci-après.
Afin de sélectionner l'ensemble des segments photovoltaïques du dispositif, une méthode est proposée ci-après.
Etape 1 : Reconstruction artificielle des hexagones incomplets afin de permettre l'indexation des hexagones et le choix de leurs côtés pour permettre la réalisation des étapes 2, 3 et 4. La figure 4B représente le dispositif de la figure 4A au sein duquel les hexagones incomplets ont été artificiellement complétés. Les zones grisées (12) ne font donc pas partie dudit dispositif.
Etape 2 : Indexation des hexagones
Dans cette étape, il est recommandé d'utiliser un maillage en ligne (U) et colonne (Q) afin de pouvoir identifier les hexagones. Avantageusement, les hexagones d'indice i,j peuvent être sélectionnés par leur centre Sy. Au sein de la figure 4C est proposé un maillage régulier permettant d'indexer de manière unique chaque hexagone par son centre Sy. L'hexagone d'indice (2,j) est sélectionné via son centre S2,j- Notons M le nombre de lignes et N le nombre de colonnes dudit maillage. Dans l'exemple de la figure 4C, M=10 et N =19.
Il est à noter que dans ce maillage, les hexagones sont décrits par les centres suivants :
. Sy tel que i=2k, k variant de 1 à ((M/2) -1) et j=4L+2, L variant de 0 à ((N+l)/5 -1) ;
. Sy tel que i=2k+l, k variant de 1 à ((M/2) -1) et j=4L, L variant de 1 à ((N+l)/5-l) ;
Etape 3 : Choix de trois côtés adjacents Hi, H 2, H3 d'un hexagone quelconque selon l'orientation de la figure 4A.
Afin de sélectionner l'ensemble des segments photovoltaïques du dispositif réel, il suffit pour chaque hexagone de la figure 4C, de sélectionner pour l'ensemble des hexagones les trois mêmes côtés. Le choix de ces côtés peut être réalisé de manière totalement arbitraire sans conséquence. Par exemple, les trois cotés H, sont choisis selon la représentation de la figure 4D. Hi correspond au segment horizontal ayant la plus haute ordonnée Z. H2 représente le segment ayant une extrémité commune avec Hi dont ladite extrémité commune à la plus petite abscisse (dans cet exemple à gauche de Hi). Le côté H3 est le côté adjacent à la seconde extrémité de H2.
Etape 4 : Sélection des zones photovoltaïques et placement des VIAs
Pour i variant de 1 à N
Pour j variant de 1 à M
Etape 4A : Sélection de l'hexagone de centre Sy Pour k variant de 1 à 3
Etape 4B : Sélection du côté Hi,j,k et définition de la zone photovoltaïque éligible
• Si Hij,k appartient à une zone grise de description, ce côté n'appartient pas au dispositif, retour à l'étape 4B ou 4A si tous les côtés de l'hexagone de centre ¾ ont été considérés
• Si Hi,j,k appartient en partie au dispositif, la zone photovoltaïque active correspond au segment contenu dans Hij,k appartenant au dispositif, procéder à l'étape 4C à ladite zone photovoltaïque.
• Si Hi,j,k appartient intégralement au dispositif, la zone photovoltaïque active éligible correspond à l'intégralité du côté Hij,k.
Etape 4C : Procéder aux étapes A2, A3, B, C et D
Réitérer l'étape 4 tant que tous les hexagones n'ont pas été considérés.
Afin de mieux appréhender ces étapes, considérons l'exemple de la figure 4D.
o Le premier hexagone à considérer a pour centre S2,2 est représenté à la figure
4E. Les trois segments H2,2,I H2,2,2 et H2,2,3 n'appartiennent pas dispositif. L'étape 4C n'est pas appliquée.
o Le deuxième hexagone à considérer à pour centre S2,6 et est représenté à la figure 4F. Les deux côtés H2,6,I et H2,6,2 n'appartiennent pas dispositif. L'étape 4C n'est pas appliquée. En revanche une partie du segment H2,6,3 appartient au dispositif. L'étape 4C est appliquée à la zone photovoltaïque active appartenant au côté H2,6,3 et au dispositif. Un exemple de placement des vias 8 est représenté à la figure 4G.
o Après avoir considéré l'ensemble des centres ayant pour indice i=2, un exemple de placement des VIAs est proposé à la figure 4H.
Considérons à présent l'indice i=3. Les hexagones à considérer ont pour centres S3,4 , S3,8 , S3,i2 et S3,i6. En appliquant l'algorithme à l'ensemble de cette ligne, on obtient par exemple les résultats de la figure 41 en ce qui concerne le placement des vias. Considérons à présent l'indice i=4. Les hexagones à considérer ont pour centres S4,2 , S4,6 , S4,io , S4,i4 et S4,i8. En appliquant l'algorithme à l'ensemble de cette ligne, on obtient par exemple aux résultats de la figure 4J.
Après avoir parcouru l'ensemble des valeurs de i et j, l'ensemble des segments photovoltaïques auront été traités et le placement des vias effectué.
Cet exemple d'algorithme de placement des VIAs au sein d'une structure en nid d'abeille n'est pas limitatif, il n'est présenté à qu'à titre d'exemple. L'homme du métier saura générer les algorithmes adéquats en fonction des motifs de transparence.
Figure imgf000017_0001
EXEMPLE DE REALISATION
Plusieurs dispositifs photovoltaïques semi-transparents à couches minces selon l'invention ont été réalisés. Prenons l'exemple concret d'un module photovoltaïque semi-transparent conçu pour être intégré dans un verre de montre. Ce module comporte :
- Un substrat transparent (1) en verre sodocalcique ;
- Une électrode avant (2) constituée d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (ZnO:AI) ;
- Un absorbeur (3) composé essentiellement de silicium amorphe (aSi) ;
- Une électrode arrière (4) métallique d'Aluminium ;
- deux bus de collecte (7+,7 ) ;
- une couche d'isolation électrique (9) en résine acrylique ;
- une couche métallique de reprise de contact (11) en aluminium ;
- des VIAs (8), dont la surface S est de 20 pm2 ;
- des zones de transparence (6T) de forme hexagonale et de dimension critique CDT de 285 pm ;
- des zones photovoltaïques actives (5) dont la dimension critique CDPV est de 14 pm.
Ce module photovoltaïque a un diamètre de 35 mm. Il présente un taux de transparence de 90%. Aux vu des dimensions en jeu, les VIAs ont été intégralement placés dans les zones photovoltaïques. Le placement des VIAs a été réalisé de manière aléatoire sous contraintes telles que :
- la distance maximale Dmax entre deux VIAs est égale à 800pm ;
- la distance minimale Dmin entre deux VIAs est égale à 10pm ;
- la densité d des VIAs est inférieure à 20 VIAs/mm2 ;
Une loi aléatoire gaussienne a été utilisée pour le placement des VIAs dans les zones effectives de placement des VIAs.
Une photographie dudit exemple de réalisation est présentée à la figure 4.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent comportant au moins :
- des zones photovoltaïques actives (5) formées :
o d'un substrat transparent (1) ;
o d'une électrode avant (2);
o d'un absorbeur (3) composé d'une ou plusieurs couche(s) mince(s) photo-active(s) ;
o d'une électrode arrière (4);
- des zones de transparence (6T) séparant au moins deux zones photovoltaïques actives (5);
- une grille de collecte formée par :
o une couche métallique de reprise de contact (11) ; o une multitude de reprises de contact entre l'électrode avant (2) et la couche métallique de reprise de contact (11), dénommées VIAs (8),
caractérisé en ce que la répartition des VIAs au sein des zones photovoltaïques actives (5) est aléatoire tout en respectant des contraintes électriques et optiques prédéterminées de manière à éviter la présence de lacunes (81) et d'amas (82) de VIAs.
2 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la dimension critique CDPV des zones photovoltaïques actives (5) est comprise entre 1 pm et 100 pm.
3 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dimension critique CDT des zones de transparence (6T) est inférieure à 1 mm. 4 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface d'un VIA (8) est comprise entre 15 pm2 et 50 pm2.
5 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance maximale DviA_max entre deux VIAs est égale à 1000 pm.
6 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance minimale DVIA. min entre deux VIAs est égale à 5 pm.
7 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité d des VIAs est inférieure à 70 VIAs / mm2.
8 Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, en ce que la densité de VIAs (8) est supérieure à 10 VIAs / mm2.
9 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que tous les VIAs (8) sont centrés au sein des zones photovoltaïques actives.
10 - Dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des couches photo-actives de l'absorbeur (3) est composée de silicium amorphe.
11 - Procédé de placement aléatoire de VIAs permettant la fabrication du dispositif photovoltaïque semi-transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Etape A : Sélection d'une zone photovoltaïque active éligible au placement des VIAs en fonction de critères prédéfinis ;
- Etape B : Définition des contraintes électriques et optiques de placement des VIAs (8) ;
- Etape C : Initialisation du placement des VIAs (8) au sein de la zone photovoltaïque éligible définie à l'étape A ;
- Etape D : Placement des VIAs suivants par un procédé itératif au sein de ladite zone éligible définie à l'étape A ;
- Etape E : Retour à l'étape A tant qu'une ou plusieurs zone(s) photovoltaïque(s) active(s) éligibles non déjà préalablement sélectionnée(s) ne contien(nen)t pas de VIAs.
12 - Procédé de placement aléatoire des VIAs permettant la fabrication du dispositif photovoltaïque semi-transparent selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape A comprend en outre les sous étapes suivantes :
o Etape Al : Sélection d'une zone photovoltaïque active (5') sans VIA qui n'a pas déjà été au préalable sélectionnée ;
o Etape A2 : Choix des critères d'éligibilité des zones photovoltaïques actives à placement de VIA ;
o Etape A3 : Validation du choix du placement des VIAs dans cette zone, qui devient une zone photovoltaïque active éligible.
13 - Procédé de placement aléatoire des VIAs permettant la fabrication du dispositif photovoltaïque semi-transparent selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape B comprend en outre les sous étapes suivantes :
- Etape B : Définition des contraintes de placement des VIAs (8), à savoir : o Etape B1 : Définition des contraintes électriques en fonction de l'architecture des zones photovoltaiques en choisissant les valeurs initiales DVIA. _max_0 = 1000 pm et DVIA..min_0 =lpm ou des valeurs telles que DVIA. _max < 1000 pm et DVIA. min > lpm, en vérifiant que DVIA. _max > DviA_min · o Etape B2 : Définition des contraintes optiques en fonction de l'architecture des zones photovoltaïques en choisissant la valeur initiale de la densité do = 70 VIAs / mm2 ou en choisissant une valeur de densité inférieure à 70 VIAs / mm2.
14 - Procédé de placement aléatoire des VIAs permettant la fabrication du dispositif photovoltaïque semi-transparent selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape C comprend en outre les sous étapes suivantes :
o Etape CO : Choix de l'extrémité de la zone photovoltaïque active éligible et de la valeur de la distance DEX entre ladite extrémité et le premier VIA de ladite zone appelée distance inter-VIA-extrémité. o Etape Cl : Choix de la première zone Zi de placement des VIAs, cette zone étant déterminée par la distance inter-VIA-extrémité DEX et par la distance maximale inter-VIA DviA_max. ; la première zone étant comprise entre ÜEx et (DEX+ DVIAJTOX).
o Etape C2 : Placement Pi aléatoire du premier VIA dans la première zone Zi de placement des VIAs (8).
15 - Procédé de placement aléatoire des VIAs permettant la fabrication du dispositif photovoltaïque semi-transparent selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape D comprend en outre les sous étapes suivantes :
o Etape DI : Définition de la ième zone de placement des VIAs, notée Z, , en fonction des contraintes de placement des VIAs et du placement du (i-l)ème VIA placé dans la zone P(i-i), en fonction de
DviA_max St DviA_min·
o Etape D2 : Placement Pi aléatoire du ième VIA dans la ième zone de placement des VIAs, notée Z,, jusqu'à ce que tous les VIAs (8) soient placés dans la zone photovoltaïque active sélectionnée à l'étape A.
16 - Procédé de placement aléatoire des VIAs selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le placement aléatoire au sein des zones photovoltaïques actives suit une loi uniforme discrète ou continue, une loi normale, une loi de Poisson, ou tout type de loi décrivant un processus aléatoire.
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