Développement d’un concept de modules photovoltaïques à contacts arrière interdigités (IBC, Interdigit Back Contacts) pour des applications basse puissance

Julia Vincent1^{1}, Pierre-Olivier Logerais1^{1}, Ali Khouzam2^{2}
⋆^{\star} : julia.vincent@icam.fr
1^{1} UPEC
2^{2} ICAM
Mots clés : Photovoltaique - IBC - Soudure CMS - dilatation thermique
Résumé :

Avec le développement des objets connectés, le besoin en électricité pour des applications à basse puissance augmente. Dans ce contexte, l’entreprise SOLEMS basée à Palaiseau (91) fabrique des modules photovoltaïques (PV) sur mesure, de puissance 5 et 50 Wc et de tension de 12V, pour alimenter des systèmes autonomes avec stockage d’énergie. Une collaboration s’est établie entre ce fabricant, le laboratoire CERTES de l’Université Paris-Est Créteil et l’ICAM Grand Paris Sud, pour mettre au point un nouveau concept de modules PV basse puissance à contact arrière interdigité (IBC, Interdigit Back Contact). Les modules PV développés doivent être facilement adaptables pour répondre au cahier des charges du client. Pour cela, l’utilisation d’une carte à circuit intégré (PCB, printed circuit board) et d’une soudure pour composants montés en surface (CMS) permet de faciliter l’étape d’interconnexion des cellules PV mais également de diminuer le nombre d’étapes de fabrication, les cellules étant préalablement découpées au laser selon la forme et la puissance requises. Plus précisément, une fois les wafers en silicium achetés auprès d’un fournisseur, les cellules PV de 15 cm × 15 cm sont découpées au laser à la dimension souhaitée. Une pâte à braser est ensuite déposée sur une carte à circuit imprimé (PCB) avant d’y placer les cellules PV pour les interconnecter. L’ensemble est ensuite soudé dans un four à refusion. Une première caractérisation est effectuée afin de valider les performances électriques des cellules “nues”. La dernière étape du procédé consiste à encapsuler les cellules PV connectées. Une couche d’ETFE ou une plaque de verre peuvent être utilisées comme face avant des modules photovoltaïques. Ceux-ci sont alors disposés dans un laminateur sous 145∘^{\circ}C et soumis à une pression de 1 atmosphère. Les modules achevés sont ensuite caractérisés électriquement (courbes I-V) et par électroluminescence. La fabrication actuelle permet de produire en moyenne un module PV viable sur cinq, avec une tolérance de 5% sur les caractéristiques IV. Les principaux défauts observés sur les modules PV sont des courtscircuits et des microfissures au niveau des cellules PV qui apparaissent ou s’accentuent lorsqu’ils sont soumis à des tests accélérés (chaleur humide 85∘^{\circ}C/85% d’humidité relative, cyclage thermique -40∘^{\circ}C/+85∘^{\circ}C). Les premières constations soulignent que ces dégradations impactent les performances électriques des modules photovoltaïques.

D’une part, une analyse plus profonde est actuellement menée afin de mieux comprendre l’origine des défauts observés et leur propagation. Plusieurs causes peuvent être à l’origine de ces dégradations comme la surépaisseur générée par la pâte à braser au niveau des cellules ou encore la différence de dilatation des matériaux lors des phases de soudure et de lamination.

Work In Progress