FR2934715A1 - Solar cells i.e. photovoltaic solar cells, fabricating installation for generating electricity, has encapsulation station performing encapsulation on conditioned substrate, and cutting station cutting cells from substrate - Google Patents
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Abstract
Cette installation pour la fabrication (1) de cellules solaires imprimées sous atmosphère non contrôlée sur un substrat - support, comporte : un poste de dévidage (2) d'un substrat conditionné en rouleau (3); un poste d'impression d'un précurseur actif (4) sur ledit substrat ; un poste de recuit (5) ; un poste d'impression d'une couche barrière (6) ; un poste d'impression d'une couche productrice (7) ; un poste d'impression d'une grille conductrice (8) ; un poste d'encapsulation (9) ; un poste de découpe des cellules (10).This plant for the manufacture (1) of solar cells printed under an uncontrolled atmosphere on a support substrate, comprises: a reeling station (2) of a roll-conditioned substrate (3); a print station of an active precursor (4) on said substrate; an annealing station (5); a barrier layer printing station (6); a printing station of a producing layer (7); a printing station of a conductive grid (8); an encapsulation station (9); a cutting station of the cells (10).
Description
INSTALLATION ET PROCEDE DE FABRICATION DE CELLULES SOLAIRES INSTALLATION AND METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS
Domaine Technique L'invention se rattache au domaine de la fabrication de cellules solaires imprimées permettant de générer de l'électricité à partir de l'énergie solaire. TECHNICAL FIELD The invention relates to the field of manufacturing printed solar cells for generating electricity from solar energy.
Plus précisément, l'invention concerne les installations et procédés de fabrication de cellules solaires obtenues par impression sur un substrat continu ou 10 non. More specifically, the invention relates to installations and methods for producing solar cells obtained by printing on a continuous substrate or not.
Techniques antérieures De façon générale, il est connu d'utiliser un substrat métallique qui est déroulé puis recouvert de couches d'enduction conductrices et isolantes de manière 15 à générer des cellules photoélectriques sous vide. PRIOR ART In general, it is known to use a metal substrate which is unwound and then covered with conductive and insulating coating layers so as to generate photocells under vacuum.
Le document EP 0 144 055 décrit ainsi un procédé de fabrication de cellules solaires. Cependant, dans ce cas, les cellules solaires, une fois réalisées, sont à nouveaux conditionnées en rouleaux. En effet, une telle machine ne permet pas de 20 découper les cellules pour permettre leur commercialisation sous forme de feuilles ou de panneaux individuels. The document EP 0 144 055 thus describes a method of manufacturing solar cells. However, in this case, the solar cells, once made, are again packaged in rolls. Indeed, such a machine does not cut the cells to allow their marketing in the form of sheets or individual panels.
L'objectif de l'invention est d'imprimer des cellules à partir d'un substrat pour créer des cellules photoélectriques. 25 Exposé de l'invention L'invention concerne donc une installation globale automatique pour la fabrication de cellules solaires imprimées sur un substrat sous atmosphère non contrôlée. Conformément à l'invention, elle se caractérise en ce qu'elle comporte : 30 - un poste de dévidage de substrat conditionné en rouleaux, - un poste d'impression d'un précurseur actif, - un poste de recuit, 2 - un poste d'impression d'une couche barrière, - un poste d'impression d'une couche conductrice, - un poste d'impression d'une grille conductrice, - un poste d'encapsulation, et - un poste de découpe des cellules. The object of the invention is to print cells from a substrate to create photocells. SUMMARY OF THE INVENTION The invention thus relates to an automatic global installation for the manufacture of solar cells printed on a substrate under an uncontrolled atmosphere. According to the invention, it is characterized in that it comprises: - a substrate reeling station packed in rolls, - a printing station of an active precursor, - an annealing station, 2 - a station for printing a barrier layer, - a printing station for a conductive layer, - a printing station for a conductive grid, - an encapsulation station, and - a cell cutting station.
Ainsi, le rouleau de substrat est déroulé en entrée de l'installation. Un tel substrat est généralement recouvert d'une couche conductrice, ledit substrat pouvant être réalisée de différentes manières. En effet, ce substrat peut être formé par une tôle d'alliage métallique quelconque (ex : acier inoxydable, titane, aluminium, cuivre,...) ou encore une feuille de polymère recouverte à sa surface d'une couche de molybdène. Ce substrat est guidé en translation par des rouleaux le supportant. Thus, the substrate roll is unwound at the entrance of the installation. Such a substrate is generally covered with a conductive layer, said substrate can be made in different ways. Indeed, this substrate may be formed by any metal alloy sheet (eg stainless steel, titanium, aluminum, copper, ...) or a polymer sheet covered on its surface with a layer of molybdenum. This substrate is guided in translation by rollers supporting it.
Les quatre postes d'impression présentent sensiblement la même architecture et notamment ils comportent chacun des rouleaux d'entraînement et de guidage qui transportent le substrat sur une plaque chauffante. Cette plaque chauffante permet de fixer le précurseur déposé par un ensemble de dispense d'encre. Un tel ensemble de dispense d'encre peut notamment se présenter sous la forme d'une tête d'impression jet d'encre, d'une tête de spray ultrasons, voire d'un système de dépose par sérigraphie. The four printing stations have substantially the same architecture and in particular they each comprise drive and guide rollers which transport the substrate on a hot plate. This hot plate makes it possible to fix the deposited precursor by an ink dispensing assembly. Such an ink dispensing assembly may especially be in the form of an inkjet printing head, an ultrasonic spray head, or even a screen printing system.
De même, le poste de recuit comporte des rouleaux d'entraînement et de guidage en translation qui transportent le substrat dans un four pour permettre de 25 recuire le précurseur et modifier la structure cristalline du substrat. Likewise, the annealing station includes drive and translational guide rollers which transport the substrate in an oven to enable the precursor to be annealed and the crystal structure of the substrate to be modified.
Le poste d'impression de la couche barrière est équivalent au poste d'impression du précurseur actif, cependant, dans ce cas, le précurseur est une solution qui peut être composée d'Indium pour créer une couche barrière de 30 Sulfure d'Indium (In2S3). The barrier-layer printing station is equivalent to the active precursor printing station, however, in this case the precursor is a solution that may be composed of Indium to create a barrier layer of Indium Sulfide ( In2S3).
Pour l'impression de la couche conductrice, le précurseur peut par exemple se présenter sous la forme d'une solution qui peut être composée d'ITO (oxyde d'étain et d'indium) pour créer une couche conductrice. For printing the conductive layer, the precursor may for example be in the form of a solution that may be composed of ITO (tin oxide and indium) to create a conductive layer.
Dans le cas de l'impression de la grille conductrice, le précurseur peut être une encre qui présente de l'Argent pour créer une grille conductrice de collecte du courant. In the case of printing the conductive grid, the precursor may be an ink that has silver to create a conductive current collection grid.
Par ailleurs, l'encapsulation consiste à recouvrir le substrat et les couches 10 conductrices d'un polymère qui isole les couches actives de l'humidité ambiante. Furthermore, the encapsulation consists in covering the substrate and the conductive layers with a polymer that isolates the active layers from the ambient humidity.
Enfin, le poste de découpe des cellules permet de transformer le substrat initialement conditionné sous forme de rouleaux en une pluralité de feuilles qui sont ensuite stockées dans un bac de stockage. Avantageusement, l'installation de fabrication de cellules peut comporter un poste de surmoulage des cellules, notamment par injection, qui permet d'intégrer si besoin est, une structure de pose intégré et une connectique intégrée. Finally, the cell cutting station makes it possible to transform the substrate initially packaged in the form of rolls into a plurality of sheets which are then stored in a storage bin. Advantageously, the cell manufacturing installation may include a cell overmolding station, in particular by injection, which makes it possible to integrate, if necessary, an integrated laying structure and integrated connections.
20 Avantageusement, l'installation de fabrication de cellules peut comporter un poste de nettoyage du substrat. Advantageously, the cell manufacturing facility may include a substrate cleaning station.
Ce nettoyage consiste en un lavage et un rinçage du substrat. Ce poste se compose d'un bac de lavage dans lequel le substrat est guidé par des rouleaux 25 d'entraînement. Ce poste de lavage a pour but de supprimer les impuretés sur le substrat et l'éventuelle oxydation de la couche conductrice. This cleaning consists of washing and rinsing the substrate. This station consists of a wash tank in which the substrate is guided by drive rollers. This washing station aims to remove impurities on the substrate and possible oxidation of the conductive layer.
Par ailleurs, il est possible de réaliser l'encapsulation de différentes manières sur le rouleau ou sur les feuilles de cellules découpées. Le précurseur utilisé dans 30 ce poste peut être un polymère qui isole les couches actives de l'humidité ambiante. 15 Ainsi, selon un premier mode de réalisation, l'encapsulation peut être réalisée par impression. Dans ce cas, ce poste se compose de rouleaux d'entraînement et de guidage qui transportent encore le substrat sur les plaques chauffantes qui permettent de fixer le précurseur déposé par un ensemble de dispense d'encre. Selon un second mode de réalisation, l'encapsulation peut être réalisée par laminage. Dans ce cas, ce poste se compose d'un rouleau de polymère et de rouleaux d'entraînement et de guidage qui transportent le substrat et le film polymère sur une plaque chauffante pour fixer les deux films l'un à l'autre. 10 En pratique, le recuit peut être réalisé dans une atmosphère de Sélénium à l'état gazeux. Cette vapeur de Sélénium peut être introduite dans le poste de recuit par un système d'injection de gaz. Il est également possible que la vapeur de Sélénium soit obtenue en incorporant du Sélénium dans le précurseur. Ce poste 15 permet donc de modifier la structure cristalline et de créer un quaternaire actif de type CIGS (cuivre-indium-gallium-sélénium). Furthermore, it is possible to encapsulate in different ways on the roll or on the sheets of cut cells. The precursor used in this station may be a polymer which insulates the active layers from ambient humidity. Thus, according to a first embodiment, the encapsulation can be performed by printing. In this case, this station consists of drive and guide rollers which still carry the substrate on the heating plates which allow to fix the precursor deposited by an ink dispensing assembly. According to a second embodiment, the encapsulation can be carried out by rolling. In this case, this station consists of a polymer roll and drive and guide rollers which transport the substrate and the polymer film on a hot plate to secure the two films to each other. In practice, the annealing can be carried out in an atmosphere of selenium in the gaseous state. This Selenium vapor can be introduced into the annealing station by a gas injection system. It is also possible that selenium vapor is obtained by incorporating selenium into the precursor. This station 15 thus makes it possible to modify the crystalline structure and to create an active quaternary of the CIGS (copper-indium-gallium-selenium) type.
Selon un mode de réalisation particulier, le précurseur actif peut être une solution comportant des éléments du groupe de composants suivants : le Cuivre, 20 l'Indium, le Gallium et le Sélénium. Ces composants peuvent se trouver dans cette solution sous forme quelconque (ex : sel, nanoparticules,...) According to a particular embodiment, the active precursor may be a solution comprising elements of the following group of components: copper, indium, gallium and selenium. These components can be in this solution in any form (eg salt, nanoparticles, ...)
L'invention concerne également le procédé de fabrication de cellules solaires imprimées caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : 25 - dévider un substrat conditionné en rouleaux, - imprimer un précurseur actif sur ledit substrat, - recuire l'ensemble alors obtenu, - imprimer une couche barrière sur cet ensemble, - imprimer une couche conductrice sur ce nouvel ensemble, 30 - imprimer une grille conductrice, - encapsuler, - découper des cellules.5 Avantageusement, le procédé de l'invention peut également comporter une étape d'injection de la structure et la connectique. The invention also relates to the method of manufacturing printed solar cells characterized in that it comprises the steps of: - unwinding a substrate packaged in rolls, - printing an active precursor on said substrate, - annealing the assembly then obtained - print a barrier layer on this set, - print a conductive layer on this new assembly, - print a conductive grid, - encapsulate, - cut cells.5 Advantageously, the method of the invention may also comprise a step of injection of structure and connectivity.
Les étapes de ce procédé sont donc celles décrites dans les différents postes 5 de la machine de fabrication de cellules solaires. The steps of this process are those described in the various positions 5 of the solar cell manufacturing machine.
Selon un premier mode de réalisation, la découpe des cellules peut être réalisée après l'encapsulation. De fait, la découpe des cellules correspond à la dernière étape du procédé de fabrication. According to a first embodiment, the cutting of the cells can be performed after encapsulation. In fact, the cutting of the cells corresponds to the last stage of the manufacturing process.
Selon un second mode de réalisation, la découpe des cellules peut être réalisée après l'impression de la grille conductrice et avant l'encapsulation. According to a second embodiment, the cutting of the cells can be performed after the printing of the conductive grid and before encapsulation.
De cette manière, la majeure partie des étapes du procédé de fabrication des cellules s'effectue à partir d'un substrat conditionné en rouleaux. La découpe en cellules de ce substrat s'effectue juste avant l'opération consistant à protéger les cellules de l'humidité ambiante. In this way, most of the steps of the cell manufacturing process are performed from a roll-conditioned substrate. The cells are cut out of this substrate just before the operation of protecting the cells from ambient humidity.
Selon un autre mode de réalisation, la découpe des cellules peut être réalisée 20 après le dévidage du substrat et avant l'impression du précurseur actif. According to another embodiment, the cutting of the cells can be performed after the substrate is unwound and before the active precursor is printed.
Dans ce cas, l'impression du substrat s'effectue sur des feuilles et non sur un matériau continu conditionné en rouleaux. In this case, the printing of the substrate takes place on sheets and not on a continuous material packaged in rolls.
25 En pratique, le procédé peut comporter en outre une étape de surmoulage des cellules, réalisée après la découpe de ces dernières. In practice, the method may further comprise a step of overmolding the cells, performed after the cutting of the latter.
En pratique, le procédé peut comporter une étape consistant à nettoyer le substrat. Cette étape s'effectue juste après le dévidage du substrat en début de 30 l'installation de fabrication des cellules solaires imprimées. In practice, the method may include a step of cleaning the substrate. This step is performed just after the substrate has been unwound at the beginning of the printed solar cell manufacturing facility.
Description sommaire des figures Brief description of the figures
La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non 5 limitatif à l'appui des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective de l'installation pour la fabrication de cellules photovoltaïques conforme à l'invention, - les figures 2 à 7 sont des vues schématique en perspective des différents postes pouvant constituer une telle installation. 10 Manière de réaliser l'invention The manner of carrying out the invention as well as the advantages which derive therefrom will clearly emerge from the following embodiment given as an indication and not by way of limitation with reference to the appended figures, in which: FIG. 1 is a diagrammatic view in perspective of the installation for the manufacture of photovoltaic cells according to the invention, - Figures 2 to 7 are schematic perspective views of the various positions that may constitute such an installation. 10 Way of realizing the invention
Comme déjà évoqué, l'invention concerne une installation pour la fabrication de cellules photovoltaïques. 15 Telle que représentée à la figure 1, ladite installation de fabrication (1) se présente sous la forme d'une succession de postes agencés à la suite les uns des autres. Ainsi, l'installation comporte en entrée un poste de dévidage (2) dans lequel le substrat est conditionné en rouleaux (3). Ce substrat passe alors à 20 l'intérieur d'un poste de nettoyage (11) dans lequel il est lavé puis rincé. Le substrat passe ensuite dans un poste d'impression d'un précurseur actif (4) puis dans un poste de recuit (5), dans un poste d'impression d'une couche barrière (6), dans un poste d'impression d'une couche productrice (7), dans un poste d'impression d'une grille conductrice (8), dans un poste d'encapsulation (9) et enfin, dans un poste de 25 découpe des cellules (10). As already mentioned, the invention relates to an installation for the manufacture of photovoltaic cells. As shown in FIG. 1, said manufacturing facility (1) is in the form of a succession of stations arranged one after the other. Thus, the installation comprises as input a unwinding station (2) in which the substrate is packaged in rolls (3). This substrate then passes inside a cleaning station (11) in which it is washed and rinsed. The substrate then passes to a printing station of an active precursor (4) and then to an annealing station (5) in a printing station of a barrier layer (6) in a printing station. a producing layer (7) in a printing station of a conductive grid (8) in an encapsulation station (9) and finally in a cutting station of the cells (10).
Tel que représenté à la figure 2, le poste de dévidage (2) permet de dérouler le rouleau (3) au moyen des rouleaux (12, 13) de guidage. Le substrat (14) est alors présenté sous la forme d'une bande continue à l'entrée de l'installation. Telle que représentée à la figure 3, la bande continue de substrat (14) pénètre dans le poste de nettoyage (11). Un tel poste de nettoyage comporte un châssis (15) 6 30 7 dans lequel sont agencés des rouleaux (16, 17, 18) permettant de faire pénétrer la bande de substrat (14) à l'intérieur d'un liquide de lavage et de rinçage. As shown in Figure 2, the unwinding station (2) allows unwinding the roller (3) by means of the rollers (12, 13) for guiding. The substrate (14) is then presented in the form of a continuous strip at the entrance of the installation. As shown in Figure 3, the continuous web of substrate (14) enters the cleaning station (11). Such a cleaning station comprises a frame (15) 6 in which are arranged rollers (16, 17, 18) enabling the substrate strip (14) to penetrate inside a washing liquid and rinsing.
Tel que représenté à la figure 4, le substrat passe ensuite dans un poste d'impression d'un précurseur actif (4). Un tel poste comporte un ensemble de dispense d'encre (19, 20) comportant un bras (20) et un système de déplacement d'une tête d'impression (19), permettant de déposer une encre sur le substrat (14). As shown in FIG. 4, the substrate then passes into a printing station of an active precursor (4). Such a station includes an ink dispensing assembly (19, 20) having an arm (20) and a print head moving system (19) for depositing an ink on the substrate (14).
Par ailleurs, des rouleaux (21) permettent d'entraîner le substrat au-dessus 10 d'une plaque chauffante (22). Cette plaque chauffante permet de fixer le précurseur déposé par l'ensemble de dispense d'encre (19, 20). On the other hand, rollers (21) drive the substrate over a heating plate (22). This hot plate makes it possible to fix the precursor deposited by the ink dispensing assembly (19, 20).
De même, les postes (6, 7, 8 et 9) peuvent présenter une architecture similaire qui permet également de déposer une couche d'impression ou d'encapsulation sur 15 le substrat. Likewise, the stations (6, 7, 8 and 9) may have a similar architecture which also makes it possible to deposit a printing or encapsulation layer on the substrate.
Tel que représenté à la figure 5, le poste de recuit (5) comporte des rouleaux d'entraînement (23) pour déplacer le substrat (14) à l'intérieur d'un four (24). L'atmosphère peut être, dans ce four, saturée en vapeur de Sélénium pour modifier 20 la structure cristalline et créer un quaternaire actif type CIGS. As shown in Figure 5, the annealing station (5) has drive rollers (23) for moving the substrate (14) within an oven (24). The atmosphere in this furnace may be saturated with selenium vapor to modify the crystalline structure and create a CIGS-type active quaternary.
Tel que représenté à la figure 6, le poste d'encapsulation peut également comporter un rouleau de polymère (28) et deux rouleaux d'entraînement (27) pour déplacer un film de polymère (28) au-dessus du substrat (14). Une plaque 25 chauffante (30) réalise ensuite la fixation entre le film (28) et le substrat (14). As shown in FIG. 6, the encapsulation station may also include a polymer roll (28) and two drive rollers (27) for moving a polymer film (28) over the substrate (14). A heating plate (30) then provides the fixation between the film (28) and the substrate (14).
Tel que représenté à la figure 7, le poste de découpe (10) peut comporter une pluralité de rouleaux d'entraînement (32) pour amener le substrat (14) en regard d'un système de coupe (31, 33) présentant une lame et une réglette opposées. Les 30 feuilles ainsi découpées sont ensuite déplacées et positionnées dans une zone de stockage (34). As shown in FIG. 7, the cutting station (10) may comprise a plurality of drive rollers (32) for bringing the substrate (14) facing a cutting system (31, 33) having a blade and an opposite ruler. The thus cut sheets are then moved and positioned in a storage area (34).
Il ressort de ce qui précède qu'une installation et un procédé de fabrication de cellules solaires imprimées conformes à l'invention comportent de multiples avantages et notamment : - ils permettent de limiter le transport et la manutention des substrats conditionnés sous forme de rouleaux pour fabriquer des cellules solaires, - ils permettent de réduire les coûts de fabrication des cellules photovoltaïques, It follows from the foregoing that an installation and a method for manufacturing printed solar cells in accordance with the invention have numerous advantages and in particular: they make it possible to limit the transport and handling of the substrates conditioned in the form of rolls for manufacturing solar cells - they make it possible to reduce the manufacturing costs of photovoltaic cells,
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