Connectique monolithique

La connectique monolithique fait partie des rares architectures de module spécifiques au biface (voir section 1.1.2.2). Cette architecture consiste à alterner face avant et face arrière des cellules lors de la création du squelette du module. La connectique qui en résulte ne nécessite pas de « rebel » (pliure du ruban, source potentielle de fatigue mécanique) et permet le rapprochement des cellules pour obtenir de meilleurs rendements en diminuant la surface totale. Il en résulte que les faces avant et arrière du module, caractérisées indépendamment l’une de l’autre, ont les mêmes performances puisqu’elles exposent

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toutes les deux des faces avant de cellules (plus performantes) et des faces arrières (moins performantes). Cela est illustré sur la Figure 4.1 à gauche qui représente le ratio EQEfar / EQEfav en fonction de la

longueur d’onde pour le module biface à connectique monolithique Bmonol et le module biface à

connectique standard Bstand3 (voir annexe A). Ces deux modules sont comparables puisque les cellules

de type N sont issues du même lot de fabrication et apairées, et que le reste de l’architecture du module est identique. On observe que le ratio du module monolithique avoisine 1 sur tout le spectre alors que celui du module standard est variable. En effet, pour ce dernier, le rayonnement proche UV est absorbé à proximité de la face d’entrée (loin de la jonction PN pour une entrée par la face arrière) alors que le rayonnement IR est absorbé dans le volume de la cellule quelle que soit sa face d’entrée.

Nous avons comparé ces deux architectures avec notre dispositif de double éclairement. La Figure 4.1 à droite montre le gain gIV de l’architecture monolithique par rapport à l’architecture standard pour

chacun des paramètres IV (voir équation (2.1)). Les gains pour les paramètres Isc, Im et Pm suivent à peu

près la même tendance : pour la face avant seule (de 0 à 1 soleil), le module monolithique perd environ 7%, puis le gain tend vers 0% en double éclairement (de 1 à 2 soleil) de manière non-linéaire. La perte constante de 7% est due au fait que quel que soit l’éclairement en face avant, les faces arrière de deux cellules sur les quatre en série limitent tout le « string » (comme si un mauvais apairage à 5,5% avait été fait). Notons que le ratio biface moyen des cellules utilisées est d’environ 0,91, par conséquent une perte allant jusqu’à environ 9% aurait pu se justifier. Cela illustre la difficulté d’évaluer précisément les performances résultant de la mise en série de plusieurs cellules, à savoir que Isc-module peut être supérieur

à Isc-min suivant la proportion de cellules fortes, le niveau d’apairage, et les caractéristiques en tension

inverse des cellules (point abordé à la section 1.2.1.2). Le retour à un gain nul à 2 soleil est lié au fait que toutes les cellules du module monolithique produisent alors un courant similaire grâce à l’éclairement simultané des deux faces du module. Pour finir, les gains pour les paramètres Voc, Vm, et

FF restent stables à ±2%. En effet, gVoc reste négatif (augmentant de -0,9% à -0,3%) puisque les Voc

subissent une dépendance logarithmique de l’Isc, et gFF reste positif à cause de légères différences de

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Figure 4.1 – (gauche) Rapport des réponses spectrales face arrière et face avant pour les deux architectures en fonction de la longueur d’onde. (droite) Gain pour chaque paramètre IV du module monolithique Bmonol comparé au module Bstand3 en fonction

du nombre de soleil incident sur le module (quantifié par Isc / Isc-STC pour le module

de référence Bstand3).

Dans le but de réduire les pertes liées à la mise en série de faces avant et faces arrière de cellules, il est possible d’adapter les surfaces de collection à l’efficacité de la face considérée (sorte d’apairage en adaptant les surfaces). Cette optimisation est réalisable simplement avec des demi-cellules. On considère ici deux modules de huit cellules découpées mises en série avec une connectique monolithique, dont un module de référence Bmonol-sym où les cellules sont découpées symétriquement (faces avant et arrière de

longueur Lfav = Lfar = 156 mm / 2) et un module optimisé Bmonol-asym où les cellules sont découpées

asymétriquement (voir schémas de la Figure 4.2). L’équation (4.1) montre le système d’équations permettant d’obtenir les longueurs Lfav et Lfar en fonction du ratio biface r. Il s’obtient en considérant

que les relations Lfav + Lfar = 156 mm et Pm-fav = Pm-far (d’où ηfav·Lfav = ηfar·Lfar) doivent être vérifiées

pour deux demi-cellules.

{𝑳𝒇𝒂𝒓=

𝟏𝟓𝟔 𝒎𝒎 𝟏 + 𝒓

𝑳_𝒇𝒂𝒗= 𝒓 · 𝑳_𝒇𝒂𝒓 (4.1)

Les cellules de chaque module ont été mesurées à 1 soleil pour chaque face après découpe, il est donc possible de calculer le gain gIsc théorique du module asymétrique comparé au module symétrique pour

un éclairement face avant seule d’1 soleil et double face de 2 soleil. En supposant Isc-module = Isc-min, on

trouve gIsc = 5,7% à 1 soleil et gIsc = -4,6% à 2 soleil. Les résultats expérimentaux de la Figure 4.2

montrent un gain bien plus faible à 1 soleil (gIsc ~ 2%), et du même ordre de grandeur à 2 soleil (gIsc ~ -

5%). En effet, les faces avant des modules symétrique et asymétrique ont des apairages respectifs de 5,8% (élevé de par l’alternance entre faces avant et arrière de cellules de tailles identiques) et 0,7% (même alternance mais tailles de cellules adaptées) et leurs faces arrière ont des apairages respectifs de

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5,6% (même remarque que pour la face avant du module symétrique) et 11,1% (les différences de taille de cellules sont un désavantage pour la face arrière du module asymétrique). Il en résulte un gain positif pour le module asymétrique lors des mesures face avant seule qui devient négatif en mesure biface. Dans le cas de la face avant seule, le gain gIsc obtenu expérimentalement est plus faible que le calcul car

l’hypothèse de calcul Isc-module = Isc-min n’est probablement pas valide pour un mauvais apairage de 5,8%.

On retiendra en plus de ce graphique que gPm reste positif jusqu’à 1,2 soleil. Bien qu’utile surtout dans

des applications monofaces, cette architecture n’est donc pas à proscrire dans le cas d’applications bifaces où l’irradiance sur la face arrière reste modérée (albédo inférieure à 0,2). Enfin, l’utilisation de la connectique monolithique avec des demi-cellules semble intéressante dans la mesure où le module résultant aurait deux fois plus de « rebels » si la connectique était standard. Cela pourrait entraîner une baisse de la fiabilité du module.

Figure 4.2 – (gauche) Schéma de la face avant des modules Bmonol-sym (Lfar = Lfav = 78

mm) et Bmonol-asym (Lfar = 82,3 mm en bleu clair et Lfav = 73,7 mm en bleu foncé pour r

~ 0,896). (droite) Gain pour chaque paramètre IV du module asymétrique Bmonol-asym

comparé au module symétrique Bmonol-sym en fonction du nombre de soleil incident sur

le module (quantifié par Isc / Isc-STC pour le module de référence Bmonol-sym).