Estimation du potentiel d’une métallisation par flexographie et LIP

Les résultats de la section précédente ont démontré la possibilité d’imprimer une couche d’accroche

d’une largeur moyenne de 25µm grâce à des motifs de 10µm. Il faut toutefois souligner que le gain de

ligne (LG=250 %) pourrait être davantage réduit si le mécanisme d’encrage excessif était supprimé grâce

à l’emploi d’un anilox plus adapté (linéature plus élevée). Selon la figure V.14 page 176, il est envisageable

d’atteindre une largeur de ligne moyenne d’environ 20µm (LG

₀

_≈ 200 %) en utilisant un anilox gravé avec

des alvéoles d’une ouverture de 6,7µm (dans ce casN

A/m

= 1,5).

Pour estimer les gains potentiels de ce schéma de métallisation par rapport au procédé standard, des

simulations basées sur le calcul des pertes de puissance ont été réalisées pour estimer la masse d’argent

déposée et le rendement des cellules. Comme pour les résultats présentés dans le chapitre précédent, ces

deux grandeurs peuvent être facilement unifiées pour obtenir la valeur ajoutée de l’étape de métallisation

en fixant le prix de vente des cellules et le coût de l’argent (voir le paragraphe 2 page 74). Finalement,

ces simulations permettent également d’adapter les dimensions de la grille de métallisation avant l’étape

d’épaississement de la couche d’accroche.

V.4.1 Détermination des données des simulations

Le tableau V.5 résume les valeurs utilisées lors des simulations. La plupart d’entre elles sont basées sur

les résultats du chapitre précédent, notamment celles concernant la cellule non métallisée (dimensions de

la cellule,V

′

mp

, j

′′

mp

, etc., voir la section IV.4 page 144). À l’inverse, les données permettant de simuler les

contacts du concept double couche diffèrent de celles utilisées pour simuler ceux déposés par sérigraphie

(voir la section III.6.5 page 121). En effet, dans ce cas la largeur finale des contacts w

_f

dépend

directe-ment de la hauteur d’argenth

_LIP

déposée par LIP (croissance isotrope). Par conséquent, l’équation [III.79]

page 122 doit être utilisée. De même, leur section a été considérée semi-circulaire grâce à l’équation [III.83].

Celle des barres collectrices a été supposée rectangulaire et dépendante deh

_LIP

grâce à l’équation [III.84].

En outre, une résistivité de contact deρ

c

de 1 mΩ·cm

2

a été choisie d’après les récentes publications

trai-tant de l’application de la flexographie à la métallisation des cellules

[250,303]

. L’épaississement de la couche

d’accroche ayant lieu dans des conditions similaires à celles décrites dans la thèse de Boulord

[254]

(voir la

section III.3.3 page 103), une résistivité de ligne ρ

_l

comparable à celle rapportée dans ses travaux a été

supposée (ρ

l

= 2µΩ·cm, en accord avec les autres travaux sur le sujet qui sont décrits dans la section 2

page 79).

L’optimisation de l’espacement des contacts s

_opt

et celle de la hauteur d’argenth

_LIP

à déposer par LIP

ont été menées conjointement pour trouver les valeurs permettant de maximiser le rendement. Finalement,

la masse d’argent a été calculée en intégrant les dimensions des contacts et des barres collectrices dans les

équations de la section III.6.2 page 116. Il faut toutefois noter que 10 mg d’argent ont été systématiquement

rajoutés à la valeur calculée pour prendre en compte le dépôt de la couche d’accroche (estimation réalisée à

partir des dimensions des lignes déposées par flexographie qui est en accord avec les travaux de Lorenz et

al.

[250]

).

Symbole (unité) ^{Données utilisées pour simuler les}

pertes de puissance

Valeurs extraites dans le chapitre IV

a(mm) 26

b(mm) 12,5

l

f

(mm) 25,25

S

_cpv

(cm

2

) 239

R

_,e

(Ω/) 78

ρ

b

(Ω·cm) 1,5

d

_b

(µm) 190

ρ

l,f ar

(µΩ·cm) 50

N

_bc

3

w

_bc

(mm) 1,50

r

_{S h}

(kΩ·cm

2

) 14,845

∆r

_S

(Ω·cm

2

) 0,04

V

′ mp

(mV) 564

j

′′ mp

(mA_·cm

−²

) 37,52

p

′′ mp

(mW_·cm

−2

) 21,16

η

′′

(%) 21,16

Valeurs supposées

ρ

c,f ar

(mΩ·cm

2

) 10

[373,374]

R

_,c

(Ω/) 78

ρ

_l

(µΩ·cm) 2

[254]

ρ

c

(mΩ·cm

2

) 1

[250,303]

w

_c

(µm) [1; 60]

w

_f

(µm)

variable (= f(h

_LIP

) voir la

section III.6.5 page 121)

h

_f

(µm)

h

_bc

(µm)

s(mm) variable

F

_f

1

F

_m

1

Table V.5: Résumé des données qui ont été utilisées pour simuler les pertes de puissance des cellules

métallisées par flexographie et LIP (voir la section III.6.5 page 121 pour plus de détails sur les différences

avec les contacts imprimés par sérigraphie).

V.4.2 Simulations du rendement et de la masse d’argent déposée

La figure V.19 montre qu’une couche d’accroche w

_c

de 60µm est suffisante pour obtenir des cellules

avec un rendement supérieur (+0,1 %) à celui des cellules métallisées par sérigraphie

9

. Dans ce cas, il

faudrait épaissir la couche d’accroche avec 10,3µm d’argent par LIP et fixer l’espacement des contacts à

2,0 mm (voir les figures V.19b et V.19c). La largeur finale des contactsw

_f

serait alors de 80,6µm,

c’est-à-dire supérieure à celle des contacts déposés par sérigraphie (w

_f

= 70µm). Par conséquent, le taux

d’om-brage et les pertes optiques devraient être plus importants. Cependant, les meilleures propriétés électriques

de ces contacts permettent d’augmenter leur espacement (s= 1,75 mm pour ceux déposés par sérigraphie).

Finalement, les pertes optiques∆η

o,f

sont comparables dans les deux cas. Dans le même temps, les pertes

à l’interface des contacts∆η

_e,c

, dans l’émetteur∆η

_e,e

et au sein des lignes∆η

_e,f

sont réduites pour la

cel-lule métallisée avec ce type de contacts, ce qui explique la hausse de rendement par rapport à une celcel-lule

métallisée par sérigraphie. Par contre, la masse d’argentm

_Ag

utilisée serait supérieure à celle déposée par

sérigraphie (184 mg contre 173 mg, voir la figure V.19d).

a. Distribution des pertes de rendement_∆η.

b. Espacement optimal s

opt

entre les

contacts.

c. Hauteur d’argent h

LIP

à déposer par

LIP pour maximiser le rendement.

d. Masse d’argent m

Ag

.

FigureV.19:Évolution de la distribution des pertes de rendement∆η, de l’espacement optimal s

_opt

entre

les contacts, de la hauteur d’argent h

_LIP

à déposer par LIP et de la masse d’argent m

_Ag

en fonction de

la largeur de la couche d’accroche w

_c

. Voir le tableau V.5 pour le détail des propriétés des contacts. Les

propriétés de ceux déposés par sérigraphie (SP) ont été simulées en fonction des résultats du chapitre

précédent : w

_f

=70µm ; h

_f

=20µm ; h

_bc

=12µm ; F

_f

=0,57 ; F

_m

=0,85 ;ρ

_l

=3µΩ·^{cm et}ρ

_c

=5 mΩ·cm

2

.

Lorsque la largeur de la couche d’accroche diminue, les pertes optiques deviennent moins importantes,

ce qui permet de multiplier le nombre de contacts et de réduire les pertes dans l’émetteur. À l’inverse,

9. C’est la valeur simulée du rendement (0,1 % inférieure à la meilleure valeur expérimentale rapportée dans le tableau IV.4

page 153) des cellules métallisées par sérigraphie (SP pour « Screen Printing ») qui est prise pour référence dans cette étude

pour permettre une comparaison des différentes pertes.

Dans le document Etude de la métallisation de la face avant des cellules photovoltaïques en silicium (Page 198-200)