WERTHEN JAN GUSTAV (US)
| FR2417888A1 | 1979-09-14 | |||
| US3984256A | 1976-10-05 | |||
| DE1153468B | 1963-08-29 | |||
| US4052782A | 1977-10-11 | |||
| FR2362494A1 | 1978-03-17 | |||
| FR2466865A1 | 1981-04-10 |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Volume 6, No. 91 (E-109) (969) 28 May 1982, JP, A, 5726476 (Takenori Souma)(12-02-1982) cited in the Applicaton
| 1. | Cellule photovoltalque de grande surface, composέe d'un ensemble de cellules έlέmentaires filiformes, έlectriquement raccordέes entre elles et incrustέes dans une plaque transparente, ces cellules compor¬ tant chacune une έlectrode constituέe par un conducteur central allon gέ, au moins une couche 3emiconductrice entourant ce conducteur central pour former une diode photoactive, et une contreέlectrode, caractέrisέe en ce que les cellules έlέmεntaires filiformes sont constituees par des segments rectilignes, en ce que ces cellules έlέraentaires sont uxtaposέes, disposέes parallέlement entre elles, en ce que ces segments uxtaposέs dέfinissent une premiere surface desti nέe ä έtre exposέe ä la lumiέre, au moins partiellement encastrέe dans la plaque transparente, et une seconde surface destinέe ä ne pas €tre exposέe a la lumiέre, opposέe ä ladite premiέre surface, et en ce que la contreέlectrode est constituέe par une couche mέtallisέe continue appliquέe au moins partiellement sur ladite seconde surface. |
| 2. | Cellule selon la revendication 1, caractέrisέe en ce qu'elle cora porte έgalement une plaque de base dans laquelle e3t incrustέe au moins partiellement ladite seconde surface, prέalableraent mέtallisέe. |
| 3. | Cellule selon les revendications 1 et 2, caractέrisέe en ce que la plaque transparente et/ou la plaque de base comportent au moins l'une des substances suivantes : une matiέre plastique laminέe, une feuille de matέriaμ thermoformable, une rέsine polymerisable teile qu'un poly vinyl butyrate (P.V.B.) ou un έtylέne vinyl acέtate (E.V.A) . |
| 4. | Cellule selon la revendication 1, caractέrisέe en ce que le conduc¬ teur central est tubulaire, et en ce qu'il est raccordέ a un rέseau de circulation d'un fluide caloporteur. |
| 5. | Cellule selon la revendication 1, caractέrisέe en ce que les con¬ ducteurs centraux de toutes les cellules έlέmentaires sont mis έ nu ä l'une de leurs extremites et raccordέs έlectrique ent entre eux. |
| 6. | Cellule selon la'revendication 1, caractέrisέe en ce que les cel lules έlέmentaires comportent alternativement des diodes de type np et de type pn, et en ce que ces cellules sont respectivement couplέes en elles. |
| 7. | Cellule selon l'une quelconque des revendications prέcέdentes, caractέrisέe en ce qu'elle comporte au moins deux groupes de cellules έlέmentaires, ces cellules έlέmentaires έtant connectέes en parallέles ä l'intέrieur de chacun de ces groupes et les groupes έtant connectέs en sέrie. |
| 8. | Procedέ de fabrication d'une cellule photovoltalque de grande surface, composέe d'un ensemble de cellules έlέmentaires filiformes, έlectriquement raccordέes entre elles et incrustέes dans une plaque transparente, ces cellules comportant chacune une έlectrode constituέe par un conducteur central allongέ, au moins une couche semiconduc¬ trice entourant ce conducteur central pour former une diode photo¬ active et une contreέlectrode, caractέrisέ en ce que l'on juxtapose ces segments rectilignes parallelement entre eux de teile maniere qu'ils dέfinissent une premiέre surface destinέe ä έtre exposέe ä la lumiέre et une seconde surface destinέe ä ne pas έtre exposέe ä la lumiέre, opposέe a ladite premiέre surface, en ce que l'on encastre au moins partiellement ladite premiέre surface dans la plaque transparen¬ te, et en ce que l'on mέtallise au moins partiellement ladite seconde surface pour former ladite contreέlectrode continue appliquέe sur cette surface. |
| 9. | Procέdέ selon la revendication 8, caractέrisέ en ce que l'on in cruste au moins partiellement ladite seconde surface, prέalablement au moins partiellement mέtallisέe, dans une plaque de base. |
| 10. | Procέdό selon les revendications 8 et 9, caractέrisέ en ce que l'on utilise comme plaque de base et/ou comme plaque transparente, une feuille de matέriau thermoformable, et en ce que l'on incruste les cellules έlέmentaires dans ces plaques en chauffant les cellules et en exerςant une pression sur les plaques. |
| 11. | Procέdέ selon la revendication 10, caractέrisέ en ce que l'on ■'"V3 r λ 'i '*' * rέalise la plaque de base et/ou la plaque transparente au moyen d'une raatiέre synthέtique transparente dέposέe sur un substrat en verre. |
| 12. | Procέdέ selon la revendication 8, caractέrisέ en ce que l'on effectue le raccordement έlectrique d'au moins une partie des cellules ' έlέmentaires, en mettant ä nu au moins un tronςon de leur conducteur central par un procέdέ mέcanique et en effectuant la liaison de ce conducteur central avec une borne de contact par microsoudure. |
| 13. | Procέdέ selon la revendication 8, caractέrisέ en ce que l'on rέalise des groupes de cellules έlέmentaires, destinέs a έtre connec tέs en serie, en supprimant au moins une cellule έlέmentaire pour former au moins un intervalle sέparant deux groupes adjacents. |
La presente invention concerne une cellule photovoltalque de grande surface, composee d'un ensemble de cellules elementaires filiforraes, electriquement raccordέes entre elles et incrustees dans une plaque transparente, ces cellules comportant chacune une electrode constituee par un conducteur central allonge, au raoins une couche semi-conduc¬ trice entourant ce conducteur central pour former une diode photo¬ active et une contre-electrode.
Cette invention concerne egalement un procede de fabrication d'une teile cellule.
La demande de brevet franςais publiee sous le No. 2 417 188, decrit un convercisseur photovoltalque realise _ l'aide d'un barreau semiconduc- ceur incruscό dans une plaque de ateriau synthetique transparent.
La publication aponaise No. 57-26476 parue dans "Patents Abstracts of Japan", volume 6, no. 91 (E-109) (969), du 28 mai 1982, decrit une cellule photovoltalque filiforme comportant un fil metallique sur lequel sont deposβes des couches semiconductrices pour former une diode photo-active. -
La publication Japonaise No. 57-26477 egalement parue dans "Patents Abstracts of Japan", volume 6, no. 91 (E-109) (969) du 28 mai 1982, decrit une cellule photovoltalque de grande surface constituee par une structure tissee ou tressee obtenue ä l'aide de cellules photovoltaϊ- ques filiformes telles que mentionnees ci-dessus.
Ces structures tissees presentent de multiples avantages par rapport aux cellules traditionnelles, par exemple ä base de materiau mono polycristallin et/ou couches minces, notamment en ce qui concerne le coüc de fabricacion des composants filiformes utilises comme elementde base.
Toutefois, elles presentent egalement des inconvenients dus notamment
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aux corsions qui apparaissent lors du tissage des fils. En outre, il est bien certain que la realisation des contacts par attaque chimique locaiisee n'est pas particulierement aisee et necessite certaines precautions. D'autre part, les cellules elementaires risquent d'etre endommagees lors de leur manipulation pour la realisation de la struc¬ ture tissee ou tressee.
Enfin, le mode de collection du courant est particulierement complexe, de sorte que les economies faites lors de la realisation des cellules elementaires, par rapport ä la fabrication de cellules classiques, ne se repercutent pas integralement sur le coüt des structures de grande surface fabriquees ä ' partir de cellules elementaires tissees, en raison des frais engendres au cours des differentes operations neces- saires ä cette fabrication.
De plus, l'utilisation de materiaux en couches minces pour la fabrica¬ tion de cellules planes de grande surface se revele delicate en raison du probleme des court-circuits ponctuels ςcouramment appeles "pin- holes") .
La presente invention se propose de pallier ces inconvenients en realisant, par des moyens simples et economiques, une cellule photo¬ voltalque de grande surface, tres robuste et de dimension quelconque.
Dans ce but, la cellule selon 1'invention est caracterisee en ce que les cellules elementaires filiformes sont constituees par des segments rectilignes, en ce que ces cellules elementaires sont Juxtaposees et disposees parallelement entre elles, en ce que ces segments uxtaposes dέfinϊssent une premiere surface destinee ä etre exposee _ la lumiere, au moins partiellement encastree dans la plaque transparente et une seconde surface destinee ä ne pas etre exposee ä la lumiere, opposee ä ladite premiere surface, et en ce que la contre-electrode est consti¬ tuee par une couche metallisee continue appliquee au moins partielle¬ ment sur ladite seconde surface.
Le procede selon 1'invention est caracterisέ en ce que l'on uxtapose ces segments rectilignes parallelement entre eux de teile maniere
qu'ils definissent une premiere surface destinee ä δtre exposee ä la lumiere et une seconde surface destinee ä ne pas etre exposee ä la lumiere, opposee ä ladite premiere surface, en ce que l'on encastre au moins partiellement ladite premiere surface dans la plaque transparen- te, et en ce que l'on metallise au moins partiellement ladite seconde surface pour former ladite contre-electrode continue appliquee sur cette surface.
La presente invention sera mieux comprise en reference a la descrip- tion d'un exemple de realisation et du dessin annexe, dans lequel :
La figure 1 represente une vue en coupe transversale d'une cellule photovoltalque selon 1'invention,
Les figures 2a, 2b, 2c, 2d et 2e illustrent les differentes etapes de fabrication d'une cellule photovoltalque selon 1'invention,
La figure 3 represente une vue en coupe d'une Variante d'une cellule elementaire pouvant etre utilisee pour la realisation d'une cellule photovoltalque selon 1'invention, et
Les figures 4, 5 et 6 illustrent differents modes de branchement des cellules elementaires pouvant έtre reaiises pour la fabrication d'une cellule photovoltalque selon 1'invention.
En reference ä. la fig. 1, la cellule photovoltalque decrite 10, repre- sentee vue en coupe transversale, se compose d'une serie de cellules elementaires 11 juxtaposees encapsulees. Chacune de ces cellules ele¬ mentaires 11 est composee d'un conducteur central 12 appele par la suite electrode, constitue par exemple par un fil metallique plein. ' L*electrode 12 est entouree de deux couches semi-conductrices 13 et 14, qui constituent une diode photo-active. II est ä noter que la diode photo-active pourrait ne comporter qu'une seule couche semi- conductrice et constituer une diode du type appele "diode Schott y" ou avoir un nombre de couches superieur ä deux. Une contre-electrode 15 entoure partiellement la couche semi-conductrice exterieure 14. Cette contre-electrode est obtenue de preference par metallisation
de la surface arriere, c'est-ä-dire non exposέe ä la lumiere, de chaque cellule eleraentaire. Ces cellules elementaires sont encapsulees dans une plaque de base 16 et une plaque de recouvrement transparente 17, qui peuvent etre constituees par des feuilles d'un materiau ther- moformable. Toutefois, l'encapsulage des cellules elέmentaires pour- rait έgalement etre effectue au moyen d'une matiere synthetique trans¬ parente teile que par exemple une matiere therraoformable, une matiere synthetique laminee, une resine polymerisable, par exemple un polyvi- nyl butyrate (P.V.B.), un etylene vinyl acetate (E.V.A.) ou simi- laires, eventuellernen deposes sur une plaque transparente 18 notam¬ ment en verre.
La fig. 2a represente une vue en perspective d'un fil photovoltalque cylindrique ou d'une bände plate, fabriques en continu et utilises pour la realisation d'une cellule photovoltalque teile que representee par la fig. 2d. Ce fil photovoltalque se compose d'une electrode centrale 21 ayant la forme d'une bände allongee de section sensible¬ ment rectangulaire et de deux couches semi-conductrices 22 et 23 concentriques ä 1'electrode centrale 21.
Comme le montre la fig. 2b, ce fil est dέcoupe en segments 24 de longueur determinee, qui sont uxtaposes et deposes sur une feuille 25 d'un matέriau transparent qui constitue la plaque de recouvrement de la cellule terminέe. Comme mentionne prέcέdemment, cette plaque peut comporter un substrat en verre 26 et un autre materiau 27 dans lequel on peut incruster les segments 24.
La fig. 2c illustre l'etape suivante de la fabrication de cette cel¬ lule. Cette etape consiste ä incruster partiellement les segments 24 deposέs sur la plaque de recouvrement transparente 25 en exerςant une pression P, par exemple au moyen d'une plaque 28 qui peut eventuelle- ment etre chauffέe.
L'etape representee par la fig. 2d consiste ä raetalliser la surface libre des segments 24 pour former la contre-electrode 29 des cellules filiformes ainsi formees, correspondant ä la grille d'une cellule traditionnelle mais entierement disposee sur la surface non exposee ä
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la lumiere .
La fig. 2e represente la cellule photovoltalque obtenue apres mise en place de la plaque de base 30, qui peut €tre constituee par un mate- riau dans lequel on incruste, comme precedemment , les surfaces metal- lisees des cellules elementaires.
La fig. 3 represente une vue en coupe d'une cellule elementaire com¬ portant une electrode centrale 31, deux couches semi-conductrices 32 et 33 et une contre-electrode 34. L'electrode centrale est dans ce cas tubulaire et peut etre raccordee ä un reseau de circulation d'un fluide caloporteur. Cette realisation est particulierement avantageuse du fait qu'elle permet de aintenir la cellule a* une temperature relativement basse et sensiblement constante, ce qui augmente son rendement par rapport ä une cellule subissant une elevation de tempe¬ rature. En outre, une* teile cellule peut etre utilisee pour la reali¬ sation de capteurs solaires hybrides.
Les differentes cellules photovoltalques decrites ci-dessus presentent de nombreux avantages. D'une part , la contre-electrode qui recouvre sensiblement la totalite de la surface arriere des cellules elemen¬ taires, est entierement disposee du cöte de la face non exposee de la cellule, de sorte que la surface active de cette cellule est maximale. En outre, le chemin ä parcourir par les electrons libres pour attein- dre cette contre-electrode est au plus egal au quart de diametre de la cellule elementaire. La fabrication de la cellule peut €tre fortement auto atisee, du fait que la realisation du fil compose du conducteur central et des couches semi-conductrices, ainsi que la decoupe de ce fil en segments de longueur determinee, peuvent Stre effectuees en continu. Chaque segment tronςonne peut etre teste avant ou apres le ontage. Mέme si une des cellules elementaires se revelait defectueuse apres son montage, eile pourrait etre exclue au moment du raccordement electrique de ces cellules. Ce raccordement electrique peut s'effec- tuer d'une maniere trέs simple par un usinage des extremites des cellules elementaires permettant d'atteindre 1'electrode centrale. La combinaison de cellules elementaires du type p-n et du type n-p permet de doubler la tension de la cellule. Enfin, le processus de montage
est co.ncu de teile maniere que l'on obtienne, en fin de compte, une structure rigide composέe de cellules elementaires encapsulees, c'est- ä-dire bien protegee et directement utilisable.
La fig. 4 illustre ä titre d'exemple une cellule photovoltalque 40 composέe d'une serie de cellules έlέmentaires filiformes 41. Ces cellules Juxtaposees sont connectees en parallele. Une premiere borne de contact 42 est raccordee aux extrέmitέs correspondantes des cel¬ lules elementaires. Ce raccordement est de prέfέrence exέcutέ par une microsoudure de la piece metallique qui forme la borne de contact 42 sur les extremites des conducteurs centraux des. cellules elementaires, ces conducteurs ayant prέaiablement έtέ mis nu par un raeulage local ou tout autre Intervention mecanique ou chimique appropriee. L'autre borne de contact 43 est raccordee ä la contre-electrode constituέe par la couche metallique deposee sur la face arriere de la cellule.
La cellule 50 de la fig. 5 se compose de deux groupes 51 et 52 de cellules elementaires 53 identiques aux precedentes. La Separation en deux groupes s'effectue d'une maniere tres simple a partir de la cellule de la fig. 4, en retirant une cellule έlέmentaire 53 pour creer un espace libre 54 entre les deux groupes 51 et 52. Les cellules elementaires 53 sont branchees en parallele dans chacun des groupes 51 et 52; par contre, les deux groupes 51 et 52 sont connectes en sέrie aux bornes 55 et 56.
La fig. 6 illustre une cellule photovoltalque 60 composee de quatre groupes 61, 62, 63 et 64 de cellules elementaires 65. Pour realiser une teile cellule, on fabrique avantageusement une cellule identique ä celle de la fig. 4 et ' on sέpare, comme precedemment, par retrait, ä intervalles reguiiers d'une cellule elέmentaire, lesdites cellules έlementaires en quatre groupes distincts. Ces quatre groupes de cel¬ lules έlέ εntaires sont connectέs en sέrie aux bornes 66 et 67.
Si l'on admet que la cellule 40 de la fig. 4 fournit une tension de 1U volts, et une intensitέ de ImA, la cellule 50 de la fig. 5 fournit une tension de 2U volts et une intensitέ de I/2mA et la cellule 60 de la fig. 6 fournit une tension de 4U volts ou έventuellemen i2U volts et
une intensitέ de I/4mA.
La gέnέralisation est έvidente, et on peut aisέment imaginer que le procέdέ de rέalisation particulierement simple consistant ä grouper les cellules elέmentaires par paquets et d'effectuer les raccordements en sέrie ou en parallέle souhaitέs, permet de mettre"" ä. disposition de l'industrie έlectronique des sources de tension de valeurs quelcon- ques.
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