FoilMet® : Connexion de cellules solaires flexibles et économes en ressources grâce à la micro-coupe laser

Chaîne de cellules en tuiles, connectées par la méthode FoilMet®.
© Fraunhofer ISE

Chaîne composée de cellules en tuiles, connectées par la méthode FoilMet®. © Fraunhofer ISE

Schéma du raccordement entre deux cellules voisines à l'aide du connecteur de bord en feuille d'aluminium (L'exemple montre la réalisation en construction à tuiles). © Fraunhofer ISE

Le Fraunhofer-Institut pour les systèmes d'énergie solaire ISE a développé une méthode laser permettant de connecter de manière économe en ressources et flexible des cellules solaires PERC et TOPCon sans busbar, à l'aide d'une feuille d'aluminium. La technologie FoilMet® ne nécessite pas de colle conductrice ou de plomb et permet de réduire la consommation d'argent dans le module solaire jusqu'à 30 pour cent. La connexion mécaniquement flexible permet, en plus d'une disposition courbée de la chaîne, une organisation en cellules en rangée pour une efficacité maximale du module, ainsi que le « juxtaposition » habituel en production de masse des cellules avec un faible écartement pour une construction de module aussi économique que possible. Lors de l'Intersolar Europe (11-13 mai 2022, Messe Munich, stand A1.540), l'institut a présenté une chaîne de cellules solaires composée de 30 cellules, connectée par la méthode laser.

Dans le cadre du nouveau concept de connexion basé sur le laser, une fine bande de feuille d'aluminium relie les cellules voisines entre elles. Les chercheurs du Fraunhofer ISE ont réussi à connecter directement la feuille avec les conducteurs par un procédé spécial de micro-soudure laser et à la coller dans la zone intermédiaire entre les doigts de contact, sur la surface en nitrure de silicium. La procédure entière dure moins d'un dixième de seconde par wafer. Elle garantit des résistances de contact très faibles entre la feuille et les électrodes, permettant ainsi des rendements très élevés du module. La particularité : la méthode ne nécessite plus les busbars en argent et les pads de soudure habituellement utilisés pour la connexion. Selon la disposition des électrodes, jusqu'à 30 pour cent d'argent peuvent ainsi être économisés. De plus, les connecteurs en cuivre recouverts de plomb ou la colle contenant de l'argent sont remplacés par de l'aluminium moins coûteux.

Connexion forte, faibles résistances

Les évolutions dans la fabrication des wafers conduisent depuis plusieurs années à des formats de plus en plus grands dans l'industrie solaire. Il est désormais devenu la norme industrielle de diviser ces grandes cellules. « En connectant de nombreuses petites cellules au lieu de quelques grandes, le courant généré et la perte de résistance sont réduits, tandis que la tension augmente. Malgré ces avantages, un module solaire composé de nombreuses petites cellules est plus complexe et coûteux à connecter — c'est précisément ce que nous adressons avec FoilMet® », explique Jan Paschen, doctorant du groupe de technologie laser au Fraunhofer ISE.

Grande flexibilité dans la chaîne et l'agencement des cellules

La fixation de la feuille dans la zone intermédiaire des doigts de contact entraîne une adhérence mécanique très forte, dépassant la résistance du matériau métallique lui-même. La grande flexibilité mécanique de la feuille permet à la fois la connexion en rangée en utilisant une construction en mosaïque, où les cellules solaires se chevauchent légèrement, ainsi que l'agencement des cellules côte à côte. Dans les deux cas, de très petits rayons de courbure de la chaîne sont possibles. La méthode de connexion peut être utilisée aussi bien pour les cellules PERC que pour les cellules TOPCon.

« Ce qui est fascinant dans notre technologie, c'est qu'elle promet d'une part, grâce à ses faibles résistances électriques et à la possibilité de mosaïquage, des rendements élevés et une esthétique accrue, et qu'elle, avec la très haute flexibilité mécanique de la chaîne, semble destinée à des applications de niche dans le photovoltaïque intégré. D'autre part, le potentiel élevé d'économie en coûts et en matériaux rend la méthode encore plus intéressante pour le marché PV de masse », explique le Dr Jan Nekarda, chef du département de structuration et de métallisation au Fraunhofer ISE.

Le prochain objectif de l'équipe de recherche est la mise en place d'une installation pilote pour produire de plus grandes quantités de manière reproductible. Parallèlement, la technologie subira des analyses de durabilité en conditions d'utilisation dans le module. Cela est d'autant plus important que l'aluminium n'est pas un matériau standard pour la connexion.