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Formation Doctorale Franco-Maghrébine : Caractérisation des matériaux complexes

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5-8 février 2024 – Hammamet (Tunisie)

Étude de la durabilité de cellules photovoltaïques à contacts arrières interdigités (IBC)

Julia VINCENT1,2*, Pierre-Olivier LOGERAIS1 , Ali KHOUZAM1,2, Mustapha ELYAAKOUBI3

1UPEC, CERTES, Lieusaint, France - 2 ICAM, Site de Grand Paris-Sud, Lieusaint, France

3 Solems, 3 rue Léon Blum, Palaiseau, France

*Auteur correspondant : julia.vincent@icam.fr

Idée : développer un concept de modules PV avec une méthode d’interconnexion simplifiée pour la fabrication des modules solaires à basse puissance qui certifie la norme IEC 61215.

Le concept

  • Utilisation de cellules à contacts arrière interdigités (IBC) qui offrent une surface active supérieure celle des cellules BSF (+2%)
  • Mise en série des cellules avec un circuit imprimé PCB préalablement dessiné
  • Découpe laser des cellules pour avoir les performances électriques souhaitées

=> Facilement adaptable sur mesure pour l’entreprise. Projet en collaboration avec SOLEMS et Slite-Source.

Avec le développement des objets connectés et des systèmes autonomes, le besoin en électricité pour des applications à basse puissance croît. Dans ce cadre, le nombre de modules solaires d’une puissance comprise entre 0,1W et 10W ne cesse d’augmenter. Le marché actuel des modules photovoltaïques basses puissances est composé à 85% de cellules BSF / PERC / Top-Con [1].

Principale difficulté pour ces cellules : l’interconnexion des cellules est une étape complexe et coûteuse

Méthode d’interconnexion : utilisation de bus barres alternées pour relier le pôle positif (face avant) au pôle négatif (face arrière)

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Répartition actuelle et

prédiction des technologies de cellules photovoltaïques [1]

Structure d’une cellule à contacts arrières

interdigités (IBC)

Développement d’un processus de fabrication en collaboration avec l’entreprise SOLEMS

La durabilité de ces nouveaux modules a été testée conformément à la norme IEC 61215. La procédure de cette norme, pour la partie durabilité, comprend les tests suivants :

  • Exposition à la chaleur humide sous 85°C et une humidité relative 85% dans une enceinte climatique (a) pendant 1000 heures
  • Pré-conditionnement aux UV sous une intensité de 15 kWh/m² dans un insolateur (b)
  • Cyclage thermique avec 200 cycles pour une température variant de -40°C à +85°C dans une enceinte climatique (a)

Les performances électriques des cellules sont mesurées à la fin de ces tests sous un simulateur solaire (c) dans les conditions STC.

Pour que les modules satisfassent les critères de la norme, la puissance maximale en sortie doit être supérieure à 80% de celle initiale.

(a)

(c)

(b)

Test de durabilité en chaleur humide

Modules encapsulés avec du PET

Modules encapsulés avec de l’ETFE

Modules encapsulés avec du VERRE

L’idée principale de ce test est d’observer la tenue des différents modules en fonction de l’encapsulant choisi, en vue de les certifier selon les préconisations de la norme de durabilité.

Phase d’optimisation des procédés de fabrication

Différentes problématiques apparurent sur les premiers modules : fissuration des cellules, courts-circuits, bulles d’air dans la résine, fissuration du verre. Ces différentes observations ont mené à une phase d’optimisation des procédés suivants : découpe laser, soudure CMS et cycle de lamination.

Après plusieurs études, non présentés dans ce poster, la qualité et les performances des modules ont été améliorées. Des tests de durabilité ont ensuite été réalisés.

[1] Jutta Trube – ITRPV - Latest Results of the 13th Edition of the International Technology Roadmap for Photovoltaic and new System Calculation Models

[2] Narahari Pujari and Krithika PM - Macdermid Alpha Electronics Solutions - Solder Paste Printing and Optimizations for Interconnecting Back Contact Cells

Ces premiers résultats montrent que les modules encapsulés avec du verre solaire ont une bonne tenue de leurs performances électriques après 1000 heures en chaleur humide. Les modules encapsulés avec de l’ETFE et du PET se dégradent plus rapidement. Leur étanchéité à l’eau est plus faible, et ils ont également une plus faible épaisseur que ceux encapsulés avec le verre. Des études sont en cours pour comprendre les mécanismes de dégradation de ces modules.

Des études sont en cours pour analyser la durabilité de ces cellules selon les critères d’autres tests accélérés de la norme IEC 61215, comme le cyclage thermique ou encore la résistance aux ultra-violets.