WO2010100345A2 - Smart system for the high-yield production of solar energy in multiple capture chambers provided with nanoparticle photovoltaic cells - Google Patents

Smart system for the high-yield production of solar energy in multiple capture chambers provided with nanoparticle photovoltaic cells Download PDF

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WO2010100345A2
WO2010100345A2 PCT/FR2010/000180 FR2010000180W WO2010100345A2 WO 2010100345 A2 WO2010100345 A2 WO 2010100345A2 FR 2010000180 W FR2010000180 W FR 2010000180W WO 2010100345 A2 WO2010100345 A2 WO 2010100345A2
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    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells

Definitions

  • the present invention proposes an innovative solution for the production of solar energy based on nanoparticles. Efficient design with a very low cost per watt produced, it is based on the principle of multiple chambers, multispectral capture with optical concentrators and a new antireflection coating capable of absorbing the spectrum of light from ultraviolet rays to rays. infrared regardless of the angle of incidence of the beam.
  • the photovoltaic cells may be of the organic and / or inorganic type in thin layers deposited by grafting the particles using ionic or plasma beams and / or printed on the latter by piezoelectric ink jet or by laser printing.
  • the invention covers methods for improving the surface area of the repository and provides an efficient, high throughput and "roll-to-roll” system and real-time quality control during production (Figure 1). ).
  • CIGS / CIS as an ink or as a powder for visible light
  • TiO 2 layers doped to trap ultraviolet (UV) and / or red infra (IR) and deployed by printing ink jet, laser and / or continuous rotating on any rigid or flexible support.
  • UV ultraviolet
  • IR red infra
  • Other innovative aspects of the present invention include increasing the overall yield by surface planing the deposited or printed layers, either by laser, or by chemically treating the solar-receiving face for the diselenide layers and / or disulfide layer.
  • CIGS / CIS copper and indium and / or gallium
  • the device produces high efficiency electrical energy.
  • Respecting the environment's cleanliness constraints by replacing Cadmium (Cds) with a non-toxic element of the Indium Sulfide (ln2S3) type, II is designed for clean electricity production without toxic elements. It has a very favorable energy balance, as it compensates in a few days the energy that has been used to produce it (Fig.2 to 10).
  • Areas of use include habitat and industry.
  • the product is generally in the form of rigid or flexible panels or in the form of a film that can be unfolded at will and provides energy for the production of electricity.
  • a variant of this invention makes it possible to transform the calories into piezoelectric currents and / or the current in WiFi waves, electromagnetic waves (EO) and scalar waves (OS) ensuring thermal regulation as well as energy transfer without queue.
  • WiFi waves electromagnetic waves
  • EO electromagnetic waves
  • OS scalar waves
  • Silicon is a chemical element that does not fail because it constitutes 28% of the mass of the earth's crust.
  • the purification and crystallization of which it must be subjected are complex and expensive processes.
  • the second-generation photovoltaic cells based on thin-film materials, are more concerned with reducing costs than increasing yields.
  • the main materials used are amorphous silicon, cadmium telluride (CdTe) and selenium CulnSe2 and Cu6aSe2 (the various possible combinations are grouped under the name CIGS).
  • Photovoltaic cells of the third generation must therefore be low cost and high efficiency.
  • the phenomenon of photovoltaic conversion is based on the interaction between solar radiation and the materials it penetrates.
  • the light energy is partly transferred to electrons of the CIGS layer (selenides) which becomes mobile. Thanks to an electric field present between the ZnO: Al layer (in zinc oxide "doped" with aluminum) and the CIGS layer, the electrons are attracted towards this first one. This results in a potential difference between ZnO: Al and the Mo layer (in molybdenum). In the external circuit, the electrons return to the Mo layer. The light energy acquired by the electrons is then electrically transferred in this circuit.
  • the manufacturers of these cells in the form of films, are confronted with two types of problems:
  • Photovoltaic cells are also often limited by physical equations (technology limitation and theoretical yield related to the type of materials used).
  • WO / 2005/102953, WO 2000/75087 and WO / 2005/040056 process ceramic or fibrous materials, as well as the substrate used in glazing as well as the modifications of a photocatalytic, antifouling, titanium dioxide-based layer (T ⁇ O2) are not interested in the improvements of the T ⁇ O2 layer yields for all UV spectra (Ultra violet, ⁇ ⁇ 420 nm), Visible (420 nm ⁇ ⁇ 750 nm) and IR (Infra red, ⁇ > 750 nm)
  • Other techniques developed by Y Kenj ⁇ et al, CR Chemistry 9 (2006) modifies the surface of solid materials by cold plasma This modification Plasma surface is used to prepare photoactive particles in the TiO 2 visible whose surface is doped with nitrogen
  • a layer consisting of particles was deposited by "spm coatmg" of a TiO 2 sol, on a glass substrate, followed by annealing at 673 K The layer was treated in
  • CIGS copper, indium, gallium and selenium
  • thin-film cells are produced from amorphous silicon (A Si), cadmium telluride (CdTe) and copper diselenide (Cu) - ⁇ r ⁇ d ⁇ um (ln) -gall ⁇ um (Ga) generally called CIGS CIGS cells are often produced by a technique of evaporation or sputtering (or Spulter ⁇ ng) selenization or by electrochemical deposition under vacuum (usually with pure basic elements constituting the oxide) which is well defined by state of the art. previous to know
  • Nanosolar Patent No. WO 2004/042432 A2, WO 2005/044551 A1, WO 2007/106756 A2 (Ionization manufacturing and deposition technique) 5- A Boden D BraunigJ Klaer, FH Karg, B Hosselbarth, G La Roche, Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Spe ⁇ alists
  • the patent deals with a technique for making such an assembly is the molecular adhesion which avoids the use of an adhesive substance.
  • the state of the art uses the deposit on film by cathodic sputtering technology (sputte ⁇ ng)
  • the argon ion must have an energy higher than the energy that binds this atom to the other atoms of the target The remaining energy will be used to communicate a speed to the atom extracted
  • an electric field is created between the target and the substrate.
  • a magnetic field is added
  • the CIGS layer is produced under vacuum by vapor deposition at a temperature of about 500 degrees. At this temperature, the polymer sheets are mechanically unstable.
  • the Zurich group bypasses the difficulty by depositing the layer in two stages
  • the synthetic material is first spread on a glass plate to ensure its stability, then the thin layer is deposited there.
  • the glass plate was covered with NaCl sodium, more commonly known as table salt or cooking salt
  • the salt is dissolved in water.
  • the cooled polymer sheet then detaches from its glass support.
  • Rapid Thermal Treatment which is a well-known technique as an efficient depositing method since the discovery of CMOS technology.
  • This technique is very simple to implement because the heating can be controlled locally and This technique uses methods of heating and rapid heat transfer often based on fast radiation (such as tungsten halogen lamps).
  • the Vacuum Multiple Source Deposition Technique (MSVD) (Wlulti Source Vacuum Deposition) is A technique, as described by Invention Patent No. WO 2003/093529, which allows large areas to be deposited under vacuum with accuracy in deposit thickness and uniformity.
  • Optical Drying Furnace By selecting a light having a particular melting spectrum illuminating a Semiconductor and Metal interface, creating a zo which generates a structure in the form of an alloy on the silicone surface with a very low ohmic resistance
  • Screenprinting Screenprinting
  • screen printing techniques offer the cumulative advantages of low equipment cost and 100% use of materials This technique consists of screen printing a CIGS paste on a glass covered with molybdenum, the selemsation of the layers in an oven at 500 ° C, the deposition of the CdS window layer by CBD and the deposition of the ZnO layer by "sputte ⁇ ng"
  • SPR Screen printing process
  • a solar cell captures the maximum of light energy when it is perpendicular to the rays of the sun, but the angle of incidence of these rays varies during the day and during the seasons
  • the power heliostat Devices in the prior art are often based on mechanical systems to track the sun's course, so that the sun can be directed all day to a small fixed area.
  • a conventional silicon photovoltaic cell can absorb 674% of the sun's light.
  • the novelty consists in carrying out a purely magnetic action (definition of a scalar magnetic potential) combined with a purely electrical action which corresponds to the repulsion / mechanical attraction of two distant charges, resulting in an electromagnetic wave propagation.
  • the upper cell absorbs light in the visible, the lower cell in the near infrared and the infrared.
  • the dyes used are red-dye (N719) which has an absorption peak at 540 nm (green) and black dye (N749) whose peak is at 600 nm (orange) but absorbs up to 800 nm (near infrared).
  • the photoelectric conversion of the low wavelengths makes it possible to obtain a high electrical voltage, that of the long wavelengths providing a strong current, all explaining the high conversion rate obtained.
  • French teams from INL Institute of Nano Technologies Lyon
  • IRA Infrared Spectroscopy
  • IR spectroscopy is as follows: when the energy of the light beam is close to the vibrational energy of a chemical bond, the latter absorbs the radiation and there is a decrease in the intensity reflected or transmitted to this beam. wave length.
  • the spectral range between 4000 cm -1 and 400 cm -1 (2.5-25 ⁇ m) corresponds to the vibration energy domain of various molecules.
  • the first mode makes it possible to determine the porosity of a layer. Constructive or negative interferences between the incident beam reflected at the porous air - / Si interface and the beam reflected at the porous Si / Si monocrystalline interface can be clearly observed on the layers whose thickness (d) is less than or equal to e ⁇ reflected.
  • the optical index of the layer (n) is determined from the reflectivity spectrum, considering the difference in optical path between the two reflected beams.
  • the average porosity can be estimated from these reflection index measurements using either the Brouggeman or Maxwell-Garnett effective medium models.
  • Brouggeman's model of the medium for example, the equation correlating the reflection index and the porosity of a layer is:
  • the photovoltaic conversion efficiency is then obtained by the following formula:
  • the incident light is standardized at 100 mW.cm '2 under AM 1.5 which corresponds to the solar spectrum taking into account the Earth's atmosphere and an incidence angle of 48.2 ".
  • the open circuit voltage corresponds to the measured voltage when no current flows in the active layer.
  • the V oc is determined by the difference in output work of each of the metals.
  • the V oc is linearly dependent on the HOMO level of the electron donor semiconductor material and the LUMO energy level of the electron acceptor semiconductor material (connected respectively to the potential of the electron source). oxidation and reduction of each of the materials). Studies by Brabec and Scharber have clearly shown this dependence on acceptor materials and donor materials.
  • V oc the electrode interfaces. Indeed, the pressure losses at the electrodes reduce the value of the V oc .
  • Surface treatments of the electrodes or the addition of intermediate layers are necessary to improve the match between the output work of the electrode and the HOMO or LL) MO of the donor or acceptor material.
  • the ITO anode is treated by plasma or UV ozone techniques, or else covered with a layer that carries the holes with a higher output work.
  • PEDOT: PSS (polyethylenedioxythiophene doped with polystyrene sulfonate) is then used for this purpose. This intermediate layer improves the quality of the interface with the active layer.
  • the cathode is modified by the addition of a layer of LiF between the organic layer and the metal. This additional layer makes it possible to improve the V 01 delivered by the cells.
  • the value of the V oc is therefore related to the energy levels of each of the materials and also to their interfaces.
  • the Jsc is the current density provided by the cell under short circuit conditions (voltage across the cell equal to 0). The current density is determined by the product of the charge density photogenerated by the mobility of the material. So we have : n is the density of charge carriers (positive and negative) e the elementary charge ⁇ ambipolar mobility
  • n is the number of photons absorbed per unit of volume. However efficiency is not at its maximum. This efficiency can be measured by the IPCE measuring technique
  • IPCE -: J--. x ⁇ £ 1240 ⁇ Isc lx ⁇ e Ix ⁇ where H is the length of the incident beam (in nm) J sc the short circuit current density of the cell (mA.n ⁇ 2 )
  • PCBM blends have a maximum external conversion efficiency (IPCE) of 70%.
  • J sc Another limiting factor in the value of J sc is the mobility of the free carriers in the active layer. It is not only related to the mobility of each of the materials taken separately but the mobility of the materials in mixture. That is to say, we must take into account their structure and the morphology of the mixture.
  • the form factor is defined by the following formula:
  • V oc v oc ⁇ j sc
  • P ma ⁇ is defined as the product of Jmax by Vmax the V oc corresponds to the open circuit voltage J sc to the short-circuit current density Jmax and Vmax correspond to the values of the operating point maximum of the cell.
  • the form factor is related to the number of charge carriers collected at the electrodes at different operating voltages. Indeed, in the active layer, there is competition between charge transport and charge recombination. This competition is equivalent to the competition between the transit time of the charges in the active layer 'ttf and their life time Y.
  • the migration distance of the charges' d' is defined by the product of the mobility of the charges by their key time. transit through the internal field of the cell 'E' according to the following formula: d ⁇ ⁇ x ttr x E where ttr ⁇ ⁇
  • the series resistances (contact resistance, resistance of the active layer) of the cell influence the FF.
  • the first uses of organic semiconductor materials were demonstrated in the 1960s with the development of AC-powered electroluminescent cells powered by an alternating current.
  • the low electrical conductivity of these materials limited the amount of light emitted, until the appearance of new polymeric materials such as polyacetylene, polypyrrole and polyaniline in the 1970s Heeger, MacDiarmid and Shirakawa showed that the conductivity of polyacetylene, an insulating polymer, increased strongly (by a factor of 7) when it was exposed to halogenated vapors. This was related to polymer doping by oxidation and simultaneous insertion.
  • the conjugated polymers can be used in many electronic (transistors) or optoelectronic (light-emitting diodes, photovoltaic cells) applications.
  • electronic transistors
  • optoelectronic light-emitting diodes, photovoltaic cells
  • properties of polymers in addition to the fact that they are easily implemented, are essential for obtaining high performance low-gap solar cells high oxidation potential and good charge transport These parameters govern the values of Voc, Jsc and FF which determine the efficiency of a solar cell.
  • thermodynamically incompatible polymer blocks consist of two thermodynamically incompatible polymer blocks. These two covalently bonded blocks are therefore immiscible.
  • the use of such materials leads to the solid state at the spontaneous formation of separation domains. of highly ordered phases on the submicron scale of the order of 10 50 nm
  • phase separation dimensions correspond to the dimensions necessary to have high conversion efficiencies in the active layers of the photovoltaic cells
  • First polymers were synthesized with a block of poly (p phenylene vmyl ene) (PPV) and a block of polystyrene (PS) functionalized with C60 Depending on the deposition solvent used and after heat treatment the morphology of the film can lead to a honeycomb structure with the use of carbon disulfide or Organized extended domains (fibril type) with o-dichlorobenzene Tests in photovoltaic devices were carried out The performances remain modest (Jsc of 5.8 uA cm 2 , Voc of 0.52 V, FF of 023, under one monochromatic illumination at 458 nm, 1 mW cm-2) but the use of block copolymers shows a photovoltaic effect and an improvement in performance in terms of current density compared to a conventional mixture of the two compounds (C60 and PPV copolymer).
  • b P S stat-CMS
  • the principle of the translucent liquid crystal axis control and orientation mechanism which is the subject of the present application is based on the fact that the display technique used in liquid crystal or translucent crystal displays is well known in the art. These days and can easily be implemented with highly optimized costs on a large scale It relies on the change of their optical properties induced by an electric field
  • the nematic liquid crystals are organic compounds whose molecule has the shape of a stick, Because of the strong inter-molecular interactions, these molecules are aligned with each other.
  • a nematic thin film of nematic liquid crystal orients then behaves like a polanser towards the light by changing the direction of orientation of the molecules, thus changing the direction of polarization
  • the molecules composing the nematic have a shape cylindrical, most of the characteristic properties of nematics derive from it
  • the nematic fluid differs from the isotropic liquid by the spontaneous alignment of the molecules
  • the nematic phase is born from this order of orientation of the molecules at great distance, it is a collective behavior Lo ⁇ entation If the viscosity of the nematic phase is of the same order of magnitude as that of the isotropic liquid phase, a strong anisotropy exists, the substance flows more easily when the flow is in the sense of the director that when in a plane perpendicular 2 In the latter case, the flow may tend to change the orientation of the director
  • the study of the flow of a nematic under stress is called nematodynamic The phase diagram The classical phase is modified, the ne
  • the order of orientation is measured in terms of the order parameter ⁇ 1 '*'" ⁇ DU ⁇ is the angle of a molecule with the director and the setting between the hook indicates the calculation of the average value over a large number of molecules ⁇
  • the expression of Oseen-Frank makes it possible to translate the free energy according to the spatial distortions of the molecules in the nematic.
  • the expression includes four terms which depend on the orientation of the director, however, the fourth term, called "surface", is neglected in the majority of cases.
  • the expression of the free energy per unit of volume is written The first term splay translates the deformations in fan of the director, the second term twist translates the deformations in torsion of the director, the third term bend, translates the bending deformities of the director
  • the solutions ⁇ constant correspond to a uniform field
  • This equation makes it possible to draw the configurations of the director corresponding to the different disinclinations observed, with a singularity in the center
  • Knf ⁇ ln (r / r c ) it is the cutoff radius * s (of the order of the molecular dimension) that can be estimated by comparing the energy of the nematic with that of the isotropic phase.
  • the dielectric anisotropy 4 in the nematic is at the origin of most electro-optical applications.
  • the molecules composing the nematic are particularly sensitive to electromagnetic fields. They carry a dipole moment (induced by the field and / or permanent, coming from the difference of distribution of the positive and negative charges within the molecule). Depending on the value of the permittivity coefficients, the molecules tend to orient themselves parallel or perpendicular to the electric field ⁇ and create a polarization field.
  • the polarization field - the aligned molecules - counterbalance, in part, the initial field ⁇ (as in a capacitor in the presence of a dielectric).
  • the matrix of dielectric constants is written 5 : ⁇ ⁇ ° e v
  • ⁇ 2 is the dielectric constant in the axis of the molecule (axis id z or axis of the director ).
  • the torque exerted on the director by the field: £ is: Ij ⁇ V ⁇ ⁇ .
  • Electrodes generally in the form of two electroconductive layers on either side of the layer or the various active layers of the system.
  • These electroco ⁇ ductive layers (which may in fact be a layer superposition) commonly comprise a layer based on indium oxide, generally indium oxide doped with tin better known under the abbreviation ITO.
  • ITO tin
  • These layers can be easily deposited by magnetic field assisted sputtering, either from an oxide target (non-reactive sputtering), or from an indium-tin target (reactive sputtering). presence of an oxidizing agent of the oxygen type).
  • One approach is to insert, in a stack of oxide layers, a metal layer to improve the surface resistance of the electroconductive layer.
  • This metal layer is otherwise thin enough to maintain a good level of light transmission.
  • This TCO type: English abbreviation for "Conductive Transparent Oxide” is intended to be integrated into an electrochemical device of the electrochromic type in which the metal blocking layer constitutes a barrier to the diffusion of Li + ions between one of the active layers. and the metal layer.
  • the aforementioned assembly is generally completed by a layer based on transparent conductive oxide such as zinc oxide, or indium oxide doped with tin.
  • oxide or a mixture of oxide for example I 1 In 2 O 3 and ITO or ZnO 2 / In 2 O 3 and ITO.
  • ZnO 2 the application as an electrode is impossible because of the insulating nature of this oxide.
  • mesogenic tubes makes it possible to highlight certain aspects of this invention. Indeed ; Generally, the molecules that make up the fluid are so small and numerous that they can be considered as continuous media. Physicists from Rennes (IPR), Saarbr ⁇ cken, Saclay (Iramis / LLB) and Grenoble (ILL) have demonstrated that certain fluids made up of elongated molecules, called mesogenes, no longer have the same physical properties if the diameter of the tube in which they are place is of the order of 10 nanometers, or thirty times the diameter of these molecules.
  • IPR Rennes
  • Saarbr ⁇ cken Saclay
  • ILL Grenoble
  • a reference voltage integrating IR and Light of the medium will control the polarization voltage of the liquid cylinders so as to ensure the angular optimization of the cylinders with the captive surface of the ray-receiving cell.
  • One of the important advantages of the present invention is the capture of the multi spectral energy of the sun's radiation.
  • This principle results in the design of a cell with three compartments capable of absorbing the energy of each spectrum during the passage of light rays.
  • the first compartment crossed by the light rays retrieves the ultraviolet rays (UV) and lets the rest of the spectrum to the second compartment that traps the spectrum of visible rays and lets the remaining infrared spectrum (IR) to the third compartment.
  • the chamber thus constitutes a basic cell (Multi Spectral Basic CeII or MSBC).
  • a compartment for a range of the light spectrum may itself be composed of several other trapping compartments, a specific spectrum or the same spectral band.
  • the chamber is surmounted by an antireflection layer capable of absorbing 96% of the light energy which reaches the exposed surface of the chamber and this under an angular range of 0 to 60 * relative to to normal, a cone of 120 °
  • the set is surmounted by an optical concentration device which, as its name indicates, concentrates at one point, 300 to 1500 times the radius received on its surface.
  • concentration device which, as its name indicates, concentrates at one point, 300 to 1500 times the radius received on its surface.
  • the ultraviolet spectrum capture chamber by T ⁇ O2 doping consists of converting an incident photon in the UV-blue into a photon in the red ("down-shifting” phenomenon) or a photon in the UV-blue in two photons in the red (phenomenon of "down conversion")
  • This same principle is applied to convert two photons in the infrared into a photon in the red (phenomenon of "Up conversion)
  • TiO2 is a material of choice because of its high refractive index its excellent transparency in the visible its low phonon energy and its high chemical stability
  • the doping of T ⁇ O2 by rare earth ions does not lead to segregation even for high doping levels (a few%)
  • excitation of the rare earth ions via photons absorbed directly by T ⁇ O2 (gap 3 2 eV), followed by the transfer of energy towards certain levels of the rare earth ions ( Nd or Yb) is particularly effective
  • the doping of T ⁇ O2 by Nd or Yb ions makes it possible to envisage the "down shifting", the co-doping by Tm and Yb is envisaged for the "down conversion", while I " Up conversion is possible by the co doping Er and Yb
  • the growth of the oxide films is carried out by laser ablation, a growth method particularly well suited to the formation of oxide films of complex composition.
  • the rheology of the ink can be adjusted by the choice of the solvent, dispersant and particle characteristics of the oxide powder, loading solids, ink pH and other suspension variables Moreover, the singular properties of the nanomaterials are influenced by two parameters volume reduction, and the increase of the surface / volume ratio These modifications confer optical properties specific to the nanoparticles, and also modify their magnetic properties by making the energy of amosotropy magnetoc ⁇ stalline (proportional to the volume of the particle) preponderant before the thermal energy These particular properties will be thus controllable by adapting the size of the particles Therefore, it is necessary to use development procedures for adjusting the size of the nanoparticles as described in patent application No.
  • New TCO materials are therefore to be considered, because of the cost higher and higher indium transparent
  • titanium oxide is a good candidate to allow consumer applications of electronics, thanks to its high gap (3 2 eV), its very high chemical stability and its doping by various elements, which can give it new functional properties
  • certain dopants Nb, Ta
  • Nb, Ta dopants
  • Nb, Ta dopants
  • BTU 8 machines Massachüsette-USA
  • the ink-based manufacturing process by i CIGS / CIS cell expression has the following advantages
  • Argon ions generated in the arm (annex chamber), are extracted by the combination of electron density scattering and ambipolar diffusion, and introduced into the main chamber.
  • the electric field present in the main chamber allows to control rigorously the velocity, thus the kinetic energy of the argon ions.
  • the magnetic field created, in the main chamber, by two electromagnets placed between the exit of the annexed room and the target) makes it possible to orient the ions let's argue on the target to control their trajectory.
  • the decoupling of the actuators offers a great flexibility of use and degrees of freedom of the process.
  • a high density plasma is generated in the launcher barrel due to the forces exerted on the thermionic electrons, due to the interaction of the 13.56MHz RF electric field and the static magnetic field from the electromagnet placed at the launcher exit.
  • Activation of the electromagnet placed behind the target and having the function of deflecting the ions towards the target causes a high density of argon ions, located directly on the surface of the target. This is due to a combination of electron scattering (due to scattering of electron density) and ambipolar scattering.
  • Argon ion energy is low (30eV at 50eV) and is not sufficient to spray from the target directly.
  • Applying a DC bias to the target accelerates the argon ions along the beam where they collide with the target, releasing atoms / ions / clusters and secondary electrons. This makes it possible to graft the molecule into the target substrate.
  • the deposition rate is not affected by the ferromagnetic nature of certain targets. Therefore, high deposition rates from ferromagnetic targets are possible.
  • the substrate is placed at the top of the vacuum chamber.
  • the pollutants of the chamber do not have sufficient kinetic energy to reach the substrate and absorb it.
  • the preferred geometry for the plasma launcher tube is of the type perpendicular to the substrate surface. This system allows a deposit on moving film.
  • the generated plasma beam consists of a tubular generation region where the electrons are magnetically confined (and responsible for the light discharge). This generation region can not be interrupted, but placing the target in this critical region has no effect on plasma propagation. This region has a high density of argon ions and provides a very efficient spraying process.
  • This chamber offers graft or deposition speeds even greater than the conventional chamber, up to 120 Cm / min for many tested materials. It also facilitates the manipulation of substrates of larger dimensions. For a target length of 60/60 cm, the system allows layers to be formed at the optimum 40/40 cm uniformity on substrates. In the linear system, several plasma generators can also be arranged next to each other in independent chambers, allowing the deposition of multilayer materials. To increase just-in-time speed, we align multiple graft heads. The effects observed during the experiments correspond to the results obtained by a simulation program based on a Kinetic Monte Carlo method.
  • the printing technique described in the present invention can achieve speeds ranging from 30 to 45 m / minute in just-in-time and on a roll-to-roll chain. This speed is dependent on certain configurations during deposition and assembly of the layers and the constituent options of the device.
  • the second relates to the establishment of the CdS junction involving chemical interaction phenomena that depend on the initial conditions on the CIGS layer.
  • Another aspect of the present invention is the use of non-toxic solutions to replace the Cds junction with Indium Sulfide Hydroxide (In2S3) deposited by the spray method, for example.
  • In2S3 Indium Sulfide Hydroxide
  • the benefits of this equivalence are extensively described in the document "Lioudmila Larina, Ki Hwan Kim, Kyung Hoon Yoon, Byung Tae Ahn, Proceeding on Solar Cells Based on Indium CIGS absorb. Advanced Institute of Science and Technology, Department of Material Science and Engineering, Taejon, Korea, 305-701, 11-02-2003 "
  • Another aspect of the present invention is high power, low weight manufacturing for use both in space and on the ground of photovoltaic cells.
  • the inventors have used the method of manufacturing thin film CIGS cells (ThinFilm) of the 'Kapton' or 'Upilex' type.
  • the performance of the photovoltaic cells thus constituted by the CIGS and Cds or ln2S3 layer are conditioned by the quality of the surface of this layer thus produced.
  • the surface was analyzed by profilometry, SEM and XPS, allowing the determination of the surface roughness (up to 20 ⁇ instead of 750 ⁇ initially), the etching rate (from 0.5 to 9 ⁇ m / min) and the chemical nature of the surface species.
  • This reduction of the surface roughness by the Bromine treatment is significant, passing it from a submicron scale to a nanometer scale in a few seconds (from 75 nm to only 2 nm).
  • the pickling treatment is otherwise perfectly isotropic and independent of the crystalline orientation. Note that the pickling speed is strongly dependent on the Bromine concentration, and does not seem to be quite constant over time. A detailed study has been devoted to the influence of the CdS deposition bath on the surface of the CIGS.
  • the surface treatment on CIGS cells using a pulsed laser also called PLA Pulsed Laser Annealing, on films and substrates provided with CIGS layer with a laser beam having a duration of 250ns and 308 nanometers in length.
  • waves with a laser beam power chosen between 30 and 110 mJ / cm2 show (by reading the XRD, GIXD and SEM results) the external changes close to the structure Deep-Level Transient spectroscopy (Deep-Level Transient) Spectroscopy or DLTS) and CV results show that the defect density has reduced by half after PLA treatments.
  • the reading of the XRD and GIXD curves also shows a greater efficiency of the treatment effect by decreasing the incident angle
  • the results of CIGS cell-based film PLA processing and DLTS measurement are an effective alternative for increasing the efficiency of photovoltaic systems.
  • An innovative aspect of the present invention for the deposition of the Cds layer on CIGS layer lies in the deposition of the layer Cds (or ln2S3) on the CIGS layer by electroplating. Indeed ; in this application we use a technique of electrolysis by adding temporary electrodes on or under the CIGS layer during the passage of the layer in an electrolysis bath (as described in patent application 0803019) by FBD and FBR (Fluidized Bed Design and Fluidized Bed Reactor). The electrodes can be mounted on a drum and positioned in the field at the boundary of the zone separators during electrolysis. The alkaline solution thus contains a mixture of Cd particles and / or positively charged Cd 2 + ions which will deposit on CIGS during activation of the electrodes.
  • the pH of the alkaline solution is modified to increase the reaction of the electrolysis during deposition of Cd particles and / or Cd 2 + ions. This modification also makes it possible to control the stoichiometry and the morphology of the film thus deposited.
  • the resulting reaction is substantially similar to the results obtained in the publication below where the electrolysis deposition appears uniform and smooth and represents a very good film quality.
  • a variation of this method is the use of the multi-head and inkjet piezoelectric printing technique mounted on a ramp.
  • the width of the print head on the production line is often the same as the width of the deposited film as developed and described in the present invention.
  • This variant has the advantage of printing the Cds layer (or ln2S3) in a context of tight flow and roller - to - roll, while preserving the control over the
  • the nano structured multilayer film used by the inventors allows almost total absorption (97%) of the light energy that reaches its surface, and this for all the wavelengths of the spectrum.
  • the two lower layers are titanium dioxide (TiO 2).
  • the three core layers are a combination of silicon dioxide (SiO2) and TiO2 to adjust the refractive index.
  • the two upper layers are made of oblique nano sticks of SiO2, hooked to the substrate by chemical vapor deposition. Each layer transmits the light while helping to capture the light that would have been reflected by the lower layers. The principle of this phenomenon is described in
  • the results obtained are a 25% improvement in the conversion efficiency between a conventional "quarter wave” coating and the index gradient multi-layer film.
  • This characteristic allows heliostat tracking in the two X and Y axes.
  • the tracking method based on the liquid crystal cross-linked nematic technique described in patent application No. 0900921 may include polarization, which is a characterization of the waves. describing the orientation of their oscillations. Once polarized, the circular polarized waves can turn to the right or left in a defined direction
  • Another aspect of the present invention is the use of crystal rods (or nanocrystals) or other polymers having Chiral characteristics to become an element of increase in efficiency and effectiveness by tracking the sun in both.
  • X and Y axes The combination of tracking techniques with the anti-reflective film produces an improvement of
  • FIG. 7 provides a better understanding of the present invention:
  • Antireflection film ZnO type: AI for example
  • Horizontal Filter Film allowing almost total passage of incoming light.
  • Substrate comprising the common electrode film (ITO) with the horizontal tops aligned along the horizontal filter.
  • ITO common electrode film
  • Twisted nematic liquid crystals 5. Substrate of JTO electrodes. The position of the liquid crystal is determined when the system is turned on.
  • This voltage makes it possible to vary the position of the liquid crystals as a function of the position of the sun. It is generated by a simple light-current transforming device well known in the state of the art.
  • the vertical light exit points (tips) are deep in the surface for aligning the liquid crystal with the polarizing light on the sensitive point of the absorbent layer. 6. Outgoing Light Polarization Vertical Filter Film.
  • X-rays provide effective means of controlling homogeneities of CIGS cells by controlling the fluorescent dispersion of the materials by means of the "EDXRF" (Energy Dispersive X-ray Fluorescence) type equipment on a production line.
  • EDXRF Electronic Dispersive X-ray Fluorescence
  • the manufacturing process must respect a very acute tolerance on the thickness and the atomic concentration of Cu, In, Ga, Se mixtures defining the efficiency and the efficiency of the photovoltaic cells.
  • the system is often mounted at the end of an online production line. It seems obvious that the same EDXRF control system is applicable on T1O2 film production lines.
  • CIGS CuInGa (S, Se) 2 chalcogenide compounds
  • a type of shallow energy defects probed by admittance spectroscopy has been located in the CIGS and not in the CdS buffer layer, and
  • An advantage of the present invention consists in transforming the current resulting from the photovoltaic device into WiFi type current, electromagnetic or scalar waves, ensuring a transfer of energy without a line.
  • FIG. 10 shows the operating principle of a photovoltaic device equipped with a scalar wave transformation and transmission system.
  • the current recovered in the photovoltaic module is converted into electromagnetic waves and then this wave is transmitted by a thin emitting layer to another receiving thin layer before its transformation into current.
  • a copper coil connected to traditional electric currents via a socket creates a magnetic field. This magnetic field unintentionally influences another similar copper coil and creates an electric current that can ignite a light bulb.
  • Titanium Oxide TiO 2 example Titanium Oxide TiO 2.
  • FIGS. 1 to 8 The set of figures describing the different points of the system through FIGS. 1 to 8, and which are the schematic representation and details of a system comprising a series of photovoltaic cells intended for the production of electricity being the object of the present invention.
  • Figure 1 shows a roller-to-roll production line subject of the present invention.
  • Figure 2 shows a method of manufacturing CIGS ink subject of the present invention.
  • Figure 3 shows the plasma bombardment implant (or graft) steps as described in the present invention.
  • Figure 4 represents the multi spectral compartments Ultraviolet, Visible and Infrared photovoltaic intended for capturing visible and invisible rays.
  • Figures 5a-5d show the different surface treatments and the deposition of the Cds bonding layer.
  • Figure S represents a snapshot X-ray image of the typical spectrum of CIGS cell composites on a film (depending on their stichometric value).
  • the material concentration corresponds to a CIGS layer thickness of 2.7 ⁇ m and a Mo contact of 0.7 ⁇ m.
  • Figure 7 shows the sun tracking system as described in the present invention.
  • FIG. 9 represents the spectral response of the transmittance of the doped TiO 2 layers for UV and IR
  • Figure 10 shows the principle of transforming the currents from the solar device into electromagnetic waves without a line.
  • an absorbent layer as described in [00100] to [10006], generally consists of either: - An inorganic material of the group (TiO 2 ) or TiO 2 nanocrystalline, (ZnO), (CuO or Cu 2 O or Cu x Oy), (ITO), (CdSe), (CdS), (Cu 2 S),
  • Conjugated polymers poly (phenylene) and its derivatives, ⁇ oly (phenylene vinylene) and its derivatives (eg, poly (2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4 phenylene vinylene (MEH-PPV), polyfpara-phenylene vinylene), (PPV)), PPV copolymers, poly (thiophene) and and its derivatives (eg, poly (3-octylthiophene-2,5-diyl), regioregular, poly (3-octylthiophene-
  • non-silicon layer and / or amorphous silicon and / or inorganic material and / or organic material and / or oligomeric group micro-crystalline silicon, inorganic nanorods dispersed in an organic matrix, inorganic tetrapods dispersed in an organic matrix, nanomaterials quantum dots, nano-conductive ionic polymer gels composed of sol-gel comprising ionic liquid, ionic conductors, low molecular weight organic conductive Holes, C 6 o and / or other minute molecules or any combination hereinbefore, and / or one of the following: A nano-structured layer having a porous inorganic tamplate filled with organic materials (doped or undoped), a polymer / blend cellular architecture, a microcrystalline silicon cell architecture. Or a combination of the above.
  • the assembly consists of a roll-to-roll production line (RoII to RoII) of multilayer photovoltaic cells.
  • the figure describes the main production stations; in the central production line, the visible spectrum capture chamber is realized.
  • a translucent film is put on a unwinder 1-1 (Fig.l), the first phase is the deposition of the metallization layer in the block 1-2 (Fig.l), the film will then pass through the deposition phase.
  • the step of the graft 1-3 (FIG. 1) wherein the substrate 3-2 (FIG. 3) is bombarded with ions 3-1 (FIG. 3) before grafting the particles 3-5 (FIG. which constitute the absorbent layer.
  • the ion ion grafting process can realize the layer to be deposited 3-6 (Fig.3) with a homogeneous distribution.
  • Print step 1-4 (Fig. 1), where the CIGS ink is deposited by piezoelectric inkjet printing.
  • the ink is produced according to the alkaline solution precipitation method on a mixture of nano powder Cu, In, Ga, Se and this by dissolving CIGS 2-1 nanoparticles (FIG. 2) in a solution alkaline 2-3 (Fig.2).
  • the mixture of nano powder Cu, In, Ga, Se was sent by a fixed flow diaphragm pump 2-2 (Fig.2) to the mixing chamber 2-9 (Fig.2).
  • the alkaline solution is precipitated by a diaphragm pump to the mixing chamber 2-9 (Fig.2).
  • temperature probes 2-8 (Fig.2) and concentration PH 2-6 (Fig.2) are immersed in the preparation stirred by the mixer.
  • the information on the temperature and the ionic concentration recovered by the probes are respectively processed by the temperature regulator 2-7 (FIG. 2) and the ionic dose controller 2-5 (FIG.
  • the temperature regulator 2-7 FIG. 2
  • the ionic dose controller 2-5 FIGG.
  • the mixture of CIGS nanoparticles 2-1 (Fig.2) and the alkaline solution 2-3 (Fig.2) is in accordance with the pre-established formula, it is poured into the ink tank 2-10 (Fig.2). ).
  • Piezoelectric inkjet printing has a major advantage compared to other printing techniques in that the injection nozzle can deposit drops of a few nanometers which is unachievable by other printing techniques.
  • the ink 8a-1 arrives in a channel 8a-5 (FIG. 8a) surmounted by a membrane 8a-9 (FIG.
  • the first treatment is a chemical treatment 1-6 (FIG. 1) which etches the large irregularities 5a-2 (FIG. 5a) of the crystalline blocks CIGS / CIS 5a-1 (FIG. 5a).
  • the second treatment is a laser treatment 1-7 (Fig.l) better known by (Pulsed Laser Annealing -PLA) which provides the finishing in the planarization of the surface 5c-1 (Fig.5c) of the crystalline blocks CIGS / CIS
  • the phase of deposition of the junction layer Cds as illustrated in FIG. 5d the block 1-8 (FIG. 1) represents the apparatus which ensures the deposition of this material by electrodeposition.
  • Block 1-9 (FIG. 1) represents the deposition phase of the ZnO: Al layer.
  • X-rays provide efficient means of control of cell homogeneities (CIGS for example) by the control of fluorescent dispersion of the materials ( Figure 6) by means of equipment of the "EDXRF" type on a production line. Indeed, during the production of the CIGS cells, the manufacturing process must respect a very acute tolerance on the thickness and the atomic concentration of the Cu, In, Ga, Se mixtures (depending on their stichometry value) defining the efficiency and the photovoltaic cell efficiency. The system is often mounted at the end of an online production line. It seems obvious that the same EDXRF control system is applicable on T02 production lines.
  • the doping of TiO 2 films is customized to have the maximum spectral response of the layered transmittance for Ultraviolet and Infrared whose response curve is given by way of example in Figure 9.
  • the module 1-11 (Fig.l ) represents the realization of the upper chamber which captures the UV
  • the module 1-12 (Fig.l) represents the realization of the lower chamber which captures the IR.
  • the three modules thus produced pass into block 1-14 (FIG. 1) for an assembly that is either mechanical (by pressure) or other.
  • Block 1-13 (FIG. 1) represents the phase of production of the antireflection and concentrator film with tracking of the sun.
  • the antireflection film 7-1 (a combination of silicon dioxide (SiO 2) and TiO 2 for example) allows the total passage of the incoming light on the Horizontal Filter Film 7-2 (FIG. Fig. 7), the ruler on the substrate 7-3 (Fig. 7), comprising the common electrode film (ITO).
  • the liquid crystals 7-4 (Fig. 7) are then positioned for a given voltage.
  • the electrode substrate (ITO) 7-5 (Fig. 7) covers the base of the crystals. The position of the liquid crystal is determined when the system is turned on. This voltage makes it possible to vary the position of the liquid crystals as a function of the position of the sun. It is generated by a simple light-current transforming device well known in the state of the art.
  • the vertical light exit points are etched into the surface 7-5 (Fig. 7) allowing the alignment of the liquid crystal with the polarizing light on the sensitive point of the absorbent layer.
  • the Vertical Polarization Filter Film 7-6 (Fig. 7) then directs the outgoing light onto the absorbent layer 7-7 (Fig. 7).
  • Part 7-8 (Fig. 7) is the outgoing concentrated solar light receiving photovoltaic or solar cell.
  • An optional layer 7-9 (Fig. 7), reflecting in crystalline nano prisms allows to transfer the light to other compartments if necessary.
  • Block 1-15 (FIG. 1) ensures the adhesion of the antireflection film to the multilayer photovoltaic cells and their encapsulation in a protective film (not shown).
  • the film 1-16 (Fig.l) is wound on a cylinder.
  • this routing represented by FIG. 4.
  • the light rays 4-1 (FIG. 4) pass through the first anti-reflection layer 4-2 (Fig.4) before passing through the liquid crystal layer 4-3 (Fig.4).
  • the rays pass through the first chamber 4-9 (FIG. 4) which traps the UV
  • the light rays pass through the second chamber 4-11 (FIG. 4) where the visible rays are trapped before pass in the last room 4-5 (Fig.4) which in turn traps the IR.
  • Figures 4-8 (Fig.4), 4-10 (Fig.4), 4-12 (Fig.4), 4-6 (Fig.4) show the different junction layers.
  • the piezoelectric module 4-7 (Fig.4) transforms the calories into current as it has been described in the body of this application.

Abstract

The invention relates to an innovative solution for producing solar energy based on nanoparticles. The invention has an efficient design and has a low cost per generated watt, and is based on the principle of multiple chambers for multispectral capture provided with optical concentrators and a novel antireflective coating capable of absorbing the light spectrum, from ultraviolet rays to infrared rays, independent of the angle of incidence of the ray. The photovoltaic cells can consist of organic and/or inorganic thin-films deposited by grafting particles using ion or plasma beams and/or printed on the cells by piezoelectric inkjet or laser printing. The invention covers methods for improving the deposition surface and relates to an efficient, high-yield direct logistics flow roll-to-roll system, as well as to real-time quality control during the production (figure 1). Using a nanometric preparation of CIGS/CIS in the form of an ink or a powder for visible rays, doped layers of TiO2 are formed for trapping ultraviolet (UV) rays and/or infrared (IR) rays and are applied by inkjet, laser and/or continuous rotary printing on any rigid or flexible substrate. Other innovative aspects of the invention include an increase of the overall yield thanks to the flattening of the deposited or printed layers, either by laser or by a chemical processing of the surface receiving the solar rays for the CIGS/CIS layers. The device is capable of following the sun and thus generates electricity at a high yield. The device respects cleanliness and environmental restrictions and is designed for producing clean electricity without toxic elements. The device has a favourable energy ratio as it can compensate for the energy required for the production thereof in a few days (fig. 2 to 10). The invention can be used, inter alia, for the household and industrial fields. The product has a general form of rigid or flexible panels or discretely deployable films providing energy for generating electricity. Due to the flexible structure and lightweight properties of the invention, it can easily be integrated into buildings or into the bodywork of cars as well as into vehicles travelling outside Earth's atmosphere. Moreover, a variant of the invention can be used for converting calories into piezoelectric current and/or into WiFi, OE or OS wave current, thereby ensuring providing wireless energy transfer. The present application is an extension and a continuation of a subsequent patent application with internal priority claim of invention patent application N° 1000828 filed on 1 March 2010; which is in turn an extension and further patent application with internal priority claim of a first invention patent application N°0901503 filed on 27 March 2009; which is in turn an extension and further patent application with internal priority claim of a first invention patent application N°0900921 filed on 2 March 2009; which is in turn an extension and further patent application with internal priority claim of a first invention patent application N°0900267 filed on 22 January 2009; which is in turn an extension and further patent application with internal priority claim of a first invention patent application N°08 06821 filed on 5 December 2008; which is in turn an extension and further patent application with internal priority claim of a first invention patent application N°0806820 filed on 5 December 2008; which is in turn an extension and further patent application with internal priority claim of a first invention patent application N°0804598 filed on 14 August 2008; which is in turn an extension and further patent application with internal priority claim of a first invention patent application N°08 03019 filed on 2 June 2008; said applications being attached in the entirety thereof for reference.

Description

SYSTEME INTELLIGENT DE PRODUCTION D'ENERGIE SOLAIRE A HAUT RENDEMENT EN CHAMBRES MULTPLES DE CAPTURE MUNI DE CELLULES PHOTOVOLTAIQUES A BASE DES NANO PARTICULES INTELLIGENT SYSTEM FOR PRODUCING HIGH PERFORMANCE SOLAR ENERGY IN MULTIPLE CAPTURE CHAMBERS WITH PHOTOVOLTAIC CELLS BASED ON NANO PARTICLES
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention propose une solution innovante pour la production de l'énergie solaire à base des nano particules. De conception efficace avec un coût très faible par watt produit, elle est basée sur le principe de chambres multiples, de capture multi spectrales muni de concentrateurs optiques et d'un nouveau revêtement antiréflexion capable d'absorber le spectre lumineux allant des rayons ultraviolets aux rayons infrarouges et ce quelles que soit l'angle d'incidence du rayon. Les cellules photovoltaïques peuvent être du type organique ou/et inorganique en couches minces, déposées par greffe des particules à l'aide des faisceaux ioniques ou plasma et/ou imprimées sur cette dernière par jet d'encre piézoélectrique ou par impression laser. L'invention couvre des méthodes d'amélioration de la surface du dépôt et propose un système efficace et à grand débit et en flux tendu « rouleau à rouleau » ainsi qu'un contrôle de qualité en temps réel, lors de la production (Figure 1). Utilisant une préparation nanométrique des CIGS/CIS sous forme d'encre ou sous forme de poudre pour les rayons visibles, des couches de Tiθ2 dopées pour piéger les ultra violets (UV) et / ou les Inf ra rouges (IR) et déployées par impression jet d'encre, laser et/ou rotative continue sur tout support rigide ou flexible. Autres aspects innovants de la présente invention incluent l'augmentation du rendement global par un aplanissement de surface des couches déposées ou imprimées, soit par laser, soit par traitement chimique de la face recevant les rayons solaires pour les couches de diséléniure et/ou disυlfure de cuivre et d'indium et/ou de gallium appelé CIGS/CIS. Capable de suivre le soleil, (demandes de brevets n° 0804598, 0900267 et 0900921), le dispositif produit de l'énergie électrique à haut rendement. Respectant les contraintes de propreté, de l'environnement en remplaçant le Cadmium (Cds) par un élément non toxique du type Sulfure d'indium (ln2S3), II est conçu pour une production d'électricité propre et sans éléments toxiques. Il possède un bilan énergétique très favorable, du faite qu'il compense en quelques jours l'énergie qui a servi à sa production (Fig.2 à 10). Les domaines d'utilisation couvrent entre autres l'habitat et l'industrie. Le produit se présente généralement sous forme de panneaux rigides ou flexibles ou bien sous forme de film déployable à discrétion et fournissant de l'énergie pour une production d'électricité. De par sa structure flexible et sa légèreté il s'intègre facilement dans le bâtiment ou sur la carrosserie des voitures ainsi que les véhicules destinés à voyager en dehors de l'atmosphère terrestre. De plus, une variante de cette invention permet de transformer les calories en courants piézoélectriques et/ou le courant en ondes WiFi, Ondes électromagnétiques (OE) et Ondes scalaires [OS) lui assurant une régulation thermique ainsi qu'un transfert d'énergie sans file. Cette application est une extension et une continuation d'une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une demande de brevet d'invention numéro 1000828 déposé le 01 Mars 2010 ; elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 0901503 déposé le, 27 Mars 2009 ; elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 0900921 déposé le, 02 Mars 2009 ; elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 0900267 déposé le, 22 Janvier 2009 ; elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 0806821 déposé le, 5 Dec. 2008 ; Elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 0806820 déposé le, 5 Décembre 2008 ; Laquelle est une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 0804598, déposé le, 14 Août 2008 ; Elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 0803019, déposé le, 2 Juin 2008, et sont toutes entièrement intégré par référencement dans la limite de leur date de validité.FIELD OF THE INVENTION The present invention proposes an innovative solution for the production of solar energy based on nanoparticles. Efficient design with a very low cost per watt produced, it is based on the principle of multiple chambers, multispectral capture with optical concentrators and a new antireflection coating capable of absorbing the spectrum of light from ultraviolet rays to rays. infrared regardless of the angle of incidence of the beam. The photovoltaic cells may be of the organic and / or inorganic type in thin layers deposited by grafting the particles using ionic or plasma beams and / or printed on the latter by piezoelectric ink jet or by laser printing. The invention covers methods for improving the surface area of the repository and provides an efficient, high throughput and "roll-to-roll" system and real-time quality control during production (Figure 1). ). Using a nanometric preparation of CIGS / CIS as an ink or as a powder for visible light, TiO 2 layers doped to trap ultraviolet (UV) and / or red infra (IR) and deployed by printing ink jet, laser and / or continuous rotating on any rigid or flexible support. Other innovative aspects of the present invention include increasing the overall yield by surface planing the deposited or printed layers, either by laser, or by chemically treating the solar-receiving face for the diselenide layers and / or disulfide layer. copper and indium and / or gallium called CIGS / CIS. Able to follow the sun, (Patent Applications No. 0804598, 0900267 and 0900921), the device produces high efficiency electrical energy. Respecting the environment's cleanliness constraints by replacing Cadmium (Cds) with a non-toxic element of the Indium Sulfide (ln2S3) type, II is designed for clean electricity production without toxic elements. It has a very favorable energy balance, as it compensates in a few days the energy that has been used to produce it (Fig.2 to 10). Areas of use include habitat and industry. The product is generally in the form of rigid or flexible panels or in the form of a film that can be unfolded at will and provides energy for the production of electricity. Due to its flexible structure and lightness it fits easily into the building or the bodywork of cars as well as vehicles intended to travel outside the Earth's atmosphere. In addition, a variant of this invention makes it possible to transform the calories into piezoelectric currents and / or the current in WiFi waves, electromagnetic waves (EO) and scalar waves (OS) ensuring thermal regulation as well as energy transfer without queue. This application is an extension and a continuation of a subsequent patent application with claiming the internal priority of a patent application number 1000828 filed on March 01, 2010; itself an extension and a subsequent patent application with claiming the internal priority of a first patent application number 0901503 filed on, 27 March 2009; itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first patent application number 0900921 filed on, 02 March 2009; itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first patent application number 0900267 filed on, 22 January 2009; itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first patent application number 0806821 filed Dec. 5, 2008; Itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first patent application number 0806820 filed on, December 5, 2008; Which is an extension and a subsequent patent application with claiming the internal priority of a first patent application number 0804598, filed on, August 14, 2008; Itself an extension and a subsequent patent application with claiming the internal priority of a first patent application number 0803019, filed on, 2 June 2008, and are all fully integrated by referencing within the limit of their date validity.
INTRODUCTION Née en 1954, la technologie photovoltaïque (PV) de première génération est basée sur le silicium cristallin et domine encore le marché des panneaux solaires. Elle offre aux matériels commercialisés un rendement de 15 % entre l'énergie électrique produite et l'énergie solaire captée.INTRODUCTION Born in 1954, the first-generation photovoltaic (PV) technology is based on crystalline silicon and still dominates the solar panel market. It offers marketed equipment a 15% return between the electrical energy produced and the solar energy captured.
Le silicium est un élément chimique qui ne manque pas car il constitue 28 % de la masse de la croûte terrestre. Cependant, la purification et la cristallisation dont il doit faire l'objet sont des procédés complexes et coûteux. Les cellules photovoltaïques de la seconde génération, basée sur des matériaux en couches minces, cherchent davantage à diminuer les coûts qu'à augmenter les rendements. Les principaux matériaux employés sont le silicium amorphe, le tellurure de cadmium (CdTe) et les séléniures CulnSe2 et Cu6aSe2 (dont les diverses combinaisons possibles sont regroupées sous l'appellation CIGS). Les cellules photovoltaïques de la troisième génération doivent donc être à faible coût et à haut rendement. Le phénomène de conversion photovoltaïque s'appuie sur l'interaction entre le rayonnement solaire et les matériaux qu'il pénètre. Dans le dispositif de deuxième génération, l'énergie lumineuse est en partie cédée à des électrons de la couche CIGS (des séléniures) qui devient mobiles. Θrâce à un champ électrique présent entre la couche Znθ:AI (en oxyde de zinc « dopé » à l'aluminium) et la couche CIGS, les électrons sont attirés vers cette première. Il en résulte une différence de potentiel entre ZnO:AI et la couche Mo (en molybdène). Dans le circuit externe, les électrons reviennent sur la couche Mo. L'énergie lumineuse acquise par les électrons est alors cédée électriquement dans ce circuit. Actuellement, lors de la production de l'électricité par des cellules photovoltaïques, les fabricants de ces cellules, sous forme de films, sont confrontés à deux types de problématiques :Silicon is a chemical element that does not fail because it constitutes 28% of the mass of the earth's crust. However, the purification and crystallization of which it must be subjected are complex and expensive processes. The second-generation photovoltaic cells, based on thin-film materials, are more concerned with reducing costs than increasing yields. The main materials used are amorphous silicon, cadmium telluride (CdTe) and selenium CulnSe2 and Cu6aSe2 (the various possible combinations are grouped under the name CIGS). Photovoltaic cells of the third generation must therefore be low cost and high efficiency. The phenomenon of photovoltaic conversion is based on the interaction between solar radiation and the materials it penetrates. In the second-generation device, the light energy is partly transferred to electrons of the CIGS layer (selenides) which becomes mobile. Thanks to an electric field present between the ZnO: Al layer (in zinc oxide "doped" with aluminum) and the CIGS layer, the electrons are attracted towards this first one. This results in a potential difference between ZnO: Al and the Mo layer (in molybdenum). In the external circuit, the electrons return to the Mo layer. The light energy acquired by the electrons is then electrically transferred in this circuit. Currently, during the production of electricity by photovoltaic cells, the manufacturers of these cells, in the form of films, are confronted with two types of problems:
Adhésion et accrochage du substrat sur le film et le rendement énergétique des cellules pour une production à bas coûts.Adhesion and bonding of the substrate to the film and energy efficiency of the cells for low cost production.
Les cellules photovoltaïques sont aussi limitées souvent par des équations physiques (limitation de technologie et le rendement théorique liés au type des matériaux utilisés).Photovoltaic cells are also often limited by physical equations (technology limitation and theoretical yield related to the type of materials used).
Le déploiement et la mise en œuvre des nanoparticules sont des réponses pour obtenir les performances attendues dans des dispositifs à haut rendement énergétiques, tel que décrits dans les demandes de brevets n" 0804598, 0900267 et 09 00921. Le rendement de presque 13 % obtenu industriellement est actuellement le record mondial pour les cellules photovoltaïques souples. Des perspectives intéressantes s'ouvrent à ces cellules qui pourraient être produites en grande série. La nouvelle L utilisation de panneaux solaires souples devrait s'imposer dans les applications spatiales ou mobiles (par exemple, un kilogramme de cellules souples en technologie CIGS pourrait en effet fournir une puissance électrique de l'ordre de 1500 watts, soit près de six fois plus qu'une même masse de cellules utilisant le silicium cristallin De plus, la couche CIGS est plus résistante aux radiations) Les cellules souples, en outre, ne sont pas nécessairement liées à des structures mécaniques Elles peuvent également être collées sur des surfaces irregulieres, murs ou voitures par exemple Les photopiles souples peuvent être intégrées a des cartes du genre carte de crédit D'autres applications sont encore envisageables ETAT ANTÉRIEUR DE L'ARTDeployment and implementation of nanoparticles are the answers to obtain the expected performances in energy efficient devices, as described in patent applications Nos. 0804598, 0900267 and 09 00921. The yield of almost 13% obtained industrially is currently the world record for flexible photovoltaic cells, and interesting prospects are opening up for these cells that could be mass-produced. Flexible solar panels should be used in space or mobile applications (for example, one kilogram of flexible cells in CIGS technology could provide 1500 watts of electrical power, almost six times more than the same mass of cells using crystalline silicon In addition, the CIGS layer is more resistant to radiation. Soft cells, moreover, are not necessarily linked to mechanical structures They can also be glued on uneven surfaces, walls or cars for example The flexible solar cells can be integrated with cards like credit card Other applications are still possible STATE PRIOR ART
[00100] Le récent développement et les nouvelles méthodes de réalisation des cellules photovoltaïque en couche mince ont actuellement un rendement au meilleur des cas de 199 % (source NREL National Renewable Energy Labratory, 2008-2009 USA) [00001] Au mieux, l'état actuel de 1 art est base sur l'exploitation simultanée des tandems de couches juxtaposées de silicium monocπstallm enrobe par des couches de silicium amorphe développe par SANYO® connu sous le nom de la technologie heterojonction avec des couche fine intrinsèque appelé HIT (Heterojunction w/ith IntπnsicThm layer) délivrant un rendement ne dépassant pas les 22% Les brevets US Patent 4710589 , 4878357 , 4388483 , WQ 2008/004791 , WO 2008/026581 WO 2007/022221 , WO 2007/065096 et WO 2007/106756 décrivent des méthodes et des systèmes solaire hybrides avec des cellules photovoltaïques dans lesquels les procèdes de fabrication a grande échelles sont bases sur des tandems de cellules cristallines et amorphes ou des couches CIGS, dépose par la méthode de Traitement Thermique Rapide appelé RTP (Rapid Thermal Processsmg) donnant des rendements allant de 14 % a de 21 % De plus, aucune des techniques développées dans les brevets d'inventions précités ne permet d'envisager une production de I électricité a très haut rendement dépassant les 60 %, que ce soit a partir des composants hybrides ou encore des solutions comprenant des procèdes d augmentation des moyens d'absorption d'énergie [00002] Parmi les procèdes utilises dans l'état antérieur de l'art, nous pouvons citer les procèdes de dépôt de TιO2 des cellules solaires hybrides, basées sur un matériau inorganique (le silicium Si) et un polymère (le P3HT) Cette structure a ete choisit pour améliorer les cellules a bas coûts a base de matériaux organiques L'heterojonction entre le silicium et le P3HT a ete étudiée sur des dispositifs en bicouches planes Elle fournit de l'énergie électrique et les deux matériaux peuvent contribuer a la production du photocourant Les rendements obtenus nécessitent l'utilisation des moyens d'amplification et de fiabilisation des procèdes de fabrication Deux nouveaux types de siliciums nano structures appelé , des « nano-filε » et des « nano éponges », dont la taille typique des pores est de 20 nm, ont été obtenus a l'aide de catalyseurs métalliques par un dépôt assiste par plasma a 175 °C Des nanofils de silicium ont ete formes sur substrats des oxydes transparents conducteurs, les catalyseurs sont génères in situ et la température de croissance est inférieure a 300 °C La phase wurtzite a ete mise en évidence dans certains fils, et divers modes de croissance ont ete observes Ces deux nouveaux types de couches minces sont aussi utilises dans des cellules solaires inorganiques Par ailleurs , Les brevets WO/2005/102953 , WO 2000/75087 et WO/2005/040056 traitent des matériaux céramiques ou fibreux, ainsi que le substrat utilise dans des vitrages ainsi que les modifications d'une couche a propriété photocatalytique, antisalissures, a base de dioxyde de titane (TιO2) ne s intéressent pas aux améliorations des rendements des couches TιO2 pour l'ensemble des spectres des rayons UV (Ultra violet , λ < 420 nm), Visible ( 420 nm < λ < 750 nm) et IR (Infra rouge , λ > 750 nm) Autres techniques développées par Y Kenjι et al , C R Chimie 9 (2006) modifie la surface de matériaux solides par plasma froid Cette modification de surface par plasma est utilisée pour préparer des particules photoactives dans le visible de TiO2 dont la surface est dopée avec de l'azote Une couche constituée des particules a ete déposée par « spm coatmg » d'un sol de TiO2, sur un substrat de verre, suivi d'un recuit a 673 K La couche a ete traitée en série par plasmas argon et azote pour la région IR (λ > 750 nm) La couche traitée par plasma absorbe, non seulement l'ultraviolet, mais aussi la lumière visible L'activité catalytique de la couche a ete évaluée en utilisant le bleu de méthylène et la lumière visible (longueur d'onde > 420 nm) L augmentation de l'activité photocatalytique de la couche est due a la formation de liaisons Ti-N, qui sont a I origine de I activité dans Ie visibleThe recent development and new methods for producing thin-film photovoltaic cells currently have a best-case performance of 199% (source NREL National Renewable Energy Labratory, 2008-2009 USA) [00001] At best, the current state of art 1 is based on the simultaneous use of silicon juxtaposed layers tandems monocπstallm coated by amorphous silicon layers developed by SANYO ® known technology of the heterojunction with intrinsic thin layer called HIT (Heterojunction w / ith IntπnsicThm layer) delivering a yield not exceeding 22%. US Pat. Nos. 4,705,589, 4,878,357, 4,388,483, WO 2008/004791, WO 2008/026581, WO 2007/022221, WO 2007/065096 and WO 2007/106756 describe methods and Hybrid solar systems with photovoltaic cells in which large-scale manufacturing processes are based on tandems of crystalline and amorphous cells or CIGS layers, deposited by the method of Rapid Thermal Treatment called RTP (Rapid Thermal Processsmg) giving yields ranging from 14% to 21% Moreover, none of the techniques developed in the patents of inventions mentioned above makes it possible to envisage a production of electricity with a very high efficiency exceeding 60%, whether from hybrid components or solutions comprising methods of increasing the means of absorbing energy [00002] Among the processes used in the state In the prior art, we can mention the TιO2 deposition processes of hybrid solar cells, based on an inorganic material (silicon Si) and a polymer (P3HT). This structure has been chosen to improve the cells at low cost. base of organic materials The heterojunction between silicon and P3HT has been studied on planar bilayer devices It provides electrical energy and both materials can contribute to the production of the photocurrent The yields obtained require the use of the means of amplification and reliability of the manufacturing processes Two new types of nano-structured silicons called "nano-filε" and "nano sponges", whose typical size of the pores is 20 nm, were obtained using metal catalysts by plasma-assisted deposition at 175 ° C. Silicon nanowires were formed on transparent conducting oxide substrates, the catalysts are generated in situ and the growth temperature is below 300 ° C. The wurtzite phase has been demonstrated in certain wires, and various growth modes have been observed. These two new types of thin layers are also used in inorganic solar cells. WO / 2005/102953, WO 2000/75087 and WO / 2005/040056 process ceramic or fibrous materials, as well as the substrate used in glazing as well as the modifications of a photocatalytic, antifouling, titanium dioxide-based layer (TιO2) are not interested in the improvements of the TιO2 layer yields for all UV spectra (Ultra violet, λ <420 nm), Visible (420 nm <λ <750 nm) and IR (Infra red, λ> 750 nm) Other techniques developed by Y Kenjι et al, CR Chemistry 9 (2006) modifies the surface of solid materials by cold plasma This modification Plasma surface is used to prepare photoactive particles in the TiO 2 visible whose surface is doped with nitrogen A layer consisting of particles was deposited by "spm coatmg" of a TiO 2 sol, on a glass substrate, followed by annealing at 673 K The layer was treated in series with argon and nitrogen plasmas for the IR region (λ> 750 nm) The plasma-treated layer absorbs not only the ultraviolet but also the visible light The catalytic activity of The layer has been evaluated using methylene blue and visible light (wavelength> 420 nm). The increase in photocatalytic activity of the layer is due to the formation of Ti-N bonds, which are origin of the activity in the visible
[00003] Rappelons que CIGS c'est une technique de déposition de couches minces d'un compose de cuivre, d'indium, de gallium et de sélénium (CIGS) que les chercheurs zurichois ont mis au point et réussi a faire adhérer a une feuille de matière plastique Le rendement de presque 13 % obtenu est pour l'heure le record mondial pour les cellules photovoltaïques souples produites d'une manière industrielle [00004] Les inventeurs ont remarque que l'état antérieur de I art ne fournit pas de solution réellement adaptée au procède de fabrication rouleau - a - rouleau (RoII to RoII) permettant une production à bas coût des films flexible En effet, les cellules solaires photovoltaïques sont actuellement fabriquées a base de Silicium en grande majorité Généralement, les cellules en couches minces (thin film) sont produites à partir du silicium amorphe (A Si), du Tellure de Cadmium (CdTe) et du diselenure de cuivre (Cu)-ιrιdιum(ln)-gallιum(Ga) appelé globalement CIGS Le dépôt des cellules CIGS est souvent réalise par une technique d evaporation ou pulvérisation cathodique (ou Spulterπng) sélénisation ou encore par dépôt electrochimique sous vides (constitue généralement avec des éléments purs de base constituant l'oxyde) qui est bien défini par état de I art antérieur a savoir[00003] Recall that CIGS is a technique for the deposition of thin layers of a compound of copper, indium, gallium and selenium (CIGS) that Zurich researchers have developed and managed to adhere to a plastic sheet The yield of almost 13% obtained is currently the world record for industrially produced flexible photovoltaic cells. [00004] The inventors have noted that the prior state of the art does not provide a solution. actually adapted to the roll-a-roll production process (RoII to RoII) allowing a low-cost production of flexible films In fact, photovoltaic solar cells are currently manufactured on the basis of silicon in large majority. Generally, thin-film cells ( thin film) are produced from amorphous silicon (A Si), cadmium telluride (CdTe) and copper diselenide (Cu) -ιrιdιum (ln) -gallιum (Ga) generally called CIGS CIGS cells are often produced by a technique of evaporation or sputtering (or Spulterπng) selenization or by electrochemical deposition under vacuum (usually with pure basic elements constituting the oxide) which is well defined by state of the art. previous to know
1- V K Kapur, B M Basol, A Halani, C R Leidholm and A Minnick, Technical and Business Factors Affecting commerclallzation of1- V K Kapur, B M Basol, A Halani, C R Leidholm and A Minnick, Technical and Business Factors Affecting commercialization of
Thin film CIS Technology" 12th European Photovoltaïc Solar energy Conférence Amsterdam, The IMetherlands 1994, p 1608 2 BuIent M Basol, Vijay K Kapur, Craig R Leidholm and Arvind Halani, ' Flexible and LightWeight Copper lndium Diselenide Solar CeIIs' 25th IEEE Photovoitaïc Specialist Conf , Washington, DC, 1996 IEEE New York 1996,p 157 3 Wl H Hannon, M W Dashiell, L C Dinetta, A M Barnelt, Proceedings ofthe 25th IEEE Photovoltaïc Speαalists ConférenceThin Film CIS Technology "12 th European Photovoltaic Solar Energy Conference Amsterdam, The IMetherlands 1994, p 1608 2 BuIent M Basol, Vijay K Kapur, Craig R Leidholm and Arvind Halani, 'Flexible and LightWeight Copper lndium Diselenide Solar CeIIs' 25th IEEE Photovoitaïc Specialist Conf, Washington, DC, 1996 IEEE New York 1996, p 157 3 Wl H Hannon, MW Dashiell, LC Dinetta, AM Barnelt, Proceedings of the 25th IEEE Photovoltaic Speαalists Conference
Washington DC, 1996, p 191Washington DC, 1996, p 191
4 V K Kapur, B M Basol, C R Leidholm, R Roe, U S Patent No 6127202, 3 October 20004 V K Kapur, B M Basol, C R Leidholm, R Roe, U S Patent No. 6127202, 3 October 2000
5 Nanosolar brevet n° WO 2004/042432 A2 , WO 2005/044551 Al , WO 2007/106756 A2 (Technique de fabrication et de dépôt par ionisation) 5- A Boden D BraunigJ Klaer, F H Karg, B Hosselbarth, G La Roche, Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaïc SpeαalistsNanosolar Patent No. WO 2004/042432 A2, WO 2005/044551 A1, WO 2007/106756 A2 (Ionization manufacturing and deposition technique) 5- A Boden D BraunigJ Klaer, FH Karg, B Hosselbarth, G La Roche, Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Speαalists
Conférence, Anchorage, Alaska, 2000, p 1038Conference, Anchorage, Alaska, 2000, p 1038
[00006] Le brevet (WO/2006/008410) traite d'une technique pour réaliser un tel assemblage est l'adhésion moléculaire qui évite l'utilisation d'une substance adhesive Par ailleurs, l'état de l'art utilise le dépôt sur film par la technologie par pulvérisation cathodique (sputteπng) Nous savons par exemple que pour extraire un atome de la cible et lui communiquer une vitesse, il faut que l'ion argon ait une énergie supérieure a I énergie qui lie cet atome aux autres atomes de la cible L'énergie restante servira a communiquer une vitesse a l'atome extrait Dans la technologie pulvérisation classique par magnetrons, un champ électrique est crée entre la cible et le substrat Dans la technologie pulvérisation par Magnetron, on ajoute un champ magnétique[00006] The patent (WO / 2006/008410) deals with a technique for making such an assembly is the molecular adhesion which avoids the use of an adhesive substance. Moreover, the state of the art uses the deposit on film by cathodic sputtering technology (sputteπng) We know for example that to extract an atom from the target and give it a velocity, the argon ion must have an energy higher than the energy that binds this atom to the other atoms of the target The remaining energy will be used to communicate a speed to the atom extracted In the classical magnetron sputtering technology, an electric field is created between the target and the substrate. In Magnetron sputtering technology, a magnetic field is added
La combinaison de ce (nouveau) champ magnétique et du champ électrique (existant) va communiquer aux électrons une trajectoire hélicoïdale, piégeant les électrons dans le voisinage de la cible Ainsi, le nombre d'électrons par unité de volume augmente a cet endroit, ainsi que la densité en ions argon et par conséquent la vitesse de déposition Si la cible est circulaire, la région ou la vitesse d'érosion est la plus élevée, induite par les aimants locaux, est appelée le « trace de course », connue aussi sous le nom de « racetrack » Si cette technologie permet d'accroître la vitesse de déposition, elle pose d'autres problèmes En fait, la cible n'est pas consommée de manière homogène précisément a cause de la localisation du plasma, entraînant un usage très limite de la cible (de l'ordre de 30 a 35 %} En conséquence, la cible doit être changée avant d'avoir ete entièrement consommée un inconvénient qui a nécessairement une incidence sur le coût de production Le profil de la région erodee de la cible varie, au cours du temps Plus le champ magnétique est intense (plus près des aimants) plus le profil est étroit Ceci a pour effet de modifier les caractéristiques du processus et de rendre le procède difficilement reproductible En effet, dans cette technique le film dépose sur le substrat n'est pas uniquement forme des atomes de la cible II est le produit d une reaction chimique entre les atomes expulses de la cible d'une part et d'un gaz reactif (02 , N2) introduit dans la chambre d'autre part Malheureusement, les régions éloignées du « racetrack » peuvent former un oxyde ou un nitrure sur la surface de la cible entraînant la contamination de la cible Ceci amené des instabilités dans le plasma d'où des variations dans les propriétés du matériau dépose, qui peuvent être partiellement compensées en utilisant une alimentation DC puisée ou des technologies a émission plasma Les anomalies connues de la technologie de pulvérisation par magnetrons, sont Consommation non uniforme de la cibleThe combination of this (new) magnetic field and the (existing) electric field will communicate to the electrons a helicoidal trajectory, trapping the electrons in the vicinity of the target. Thus, the number of electrons per unit volume increases at this point, as well. the density of argon ions and hence the velocity of deposition If the target is circular, the region or rate of erosion is the highest, induced by local magnets, is called the "trace of stroke", also known as the "racetrack" If this technology can increase the deposition rate, it poses other problems in fact, the target is not consumed é e evenly precisely because of the location of the plasma, resulting very limited use of the target (of the order of 30% to 35%) Consequently, the target must be changed before being completely consumed a disadvantage which necessarily has an impact on the cost of p roduction The profile of the erodee region of the target varies, over time The stronger the magnetic field (closer to the magnets) the narrower the profile This has the effect of modifying the characteristics of the process and making the process difficult to reproduce Indeed, in this technique the film deposited on the substrate is not only form of the atoms of the target II is the product of a chemical reaction between the atoms expelled from the target on the one hand and a reactive gas (02, N2) introduced into the chamber on the other hand Unfortunately, the regions remote from the "racetrack" can form an oxide or a nitride on the surface of the target resulting in contamination of the target This leads to instabilities in the plasma from which variations in the properties of the material deposit, which can be partially compensated by using pulsed DC power or plasma emission technologies Known anomalies of the sputtering technology by magnetrons, are Non-uniform consumption of the target
Faible taux d'utilisation des cibles (augmentant le coût des dépôts) - Contamination des substratsLow target utilization (increasing the cost of deposits) - Contamination of substrates
Difficultés a maintenir la stoechiometπe a partir de cibles a composants multiples (a cause de la formation du « racetrack ») Difficulté a contrôler les procèdes de pulvérisation reactive a cause de l'empoisonnement des αbles, nécessitant des contrôles rétroactifs ou par DC puise (instabilité)Difficulties in maintaining stoichiometry from multi-component targets (due to racetrack formation) Difficulty in controlling reagent spray processes due to poisoning of αbles, requiring retroactive controls or by DC pulsing (instability )
Difficultés a déposer des matériaux magnétiques dus a la réduction de la force des champs magnétiques du côte de la cible face au plasma Normalement cela demande l'utilisation de cibles plus fines et d'aimants locaux plus fortsDifficulties in depositing magnetic materials due to the reduction of the magnetic field strength of the target side facing the plasma Normally this requires the use of thinner targets and stronger local magnets
Méthodologies complexes pour contrôler les procèdes de déposition reactive (instabilité du procède et des reactions durant la déposition)Complex methodologies to control reactive deposition processes (process instability and reactions during deposition)
Difficultés de déposition sur des substrats organiques sensibles a la chaleurDifficulties of deposition on organic substrates sensitive to heat
Faible vitesse de déposition pendant la pulvérisation reactive et lors d'utilisation de cibles ferromagnétiques II est a noter qu une partie de cette application traite de l'influence des traitements post-implantation sur la taille et la forme des nanoparticules élaborées par implantation Une première partie est consacrée aux traitements thermiques classiques en étudiant l'influence des températures, des durées et des atmosphères de recuit La deuxième partie met en évidence l'effet de traitements faisant intervenir des faisceaux énergétiques (électrons ions) Nous constatons que ces traitements induisent des modifications importantes sur la taille et la forme des particules Les études et publications « D J Barber, I C Freestone, Archaeometry 32, 33, 1990 » , « F E Wagner, S Haslbeck, L Stievano, S Calogero, QA Pankhurst, K P Martinek, Nature Vol 4Q7, 2000 » , " D N Lambeth, E M TLow deposition rate during reactive sputtering and when using ferromagnetic targets It should be noted that part of this application deals with the influence of post-implantation treatments on the size and shape of nanoparticles prepared by implantation. is devoted to classical heat treatments by studying the influence of annealing temperatures, times and atmospheres The second part highlights the effect of treatments involving energy beams (electron ions) We note that these treatments induce significant modifications particle size and shape Studies and publications "DJ Barber, IC Freestone, Archaeometry 32, 33, 1990", "FE Wagner, S Haslbeck, L Stievano, S Calogero, QA Pankhurst, KP Martinek, Nature Vol 4Q7, 2000 "," DN Lambeth, EMT
Velu, G H Bellesis, L L Lee D E Caughin, J Appl Phys 79, 4496 1996", 'H Otsuka, Y Nagasaki, K Kataoka Advanced Drug Delivery Revιews 55 (3), 403, 2003" A Meldrum, R F HagluπdJr , L A Boatner, C W Whιte, Adv Mater 13 (19), 1431 2001 » , « 0 Qπtora- Gonzalez, Structure et propriétés magnétiques de nanoparticules de métaux de transition élaborées par implantation ionique dans des verres de silice, Thèse, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 2000 » , « C d'ORLEANS, Physique de là matière condensée, 11 juillet 2003 », ne permettent pas de considérer les greffes des nanoparticules servants de receveur ou absorbeur d'une couche mince ou d'un substratHairy, GH Bellesis, LL Lee DE Caughin, J Appl Phys 79, 4496 1996, "H Otsuka, Y Nagasaki, Kataoka Advanced Drug Delivery Revuews 55 (3), 403, 2003" A Meldrum, RF HagluπdJr, LA Boatner, CW Whιte, Adv Mater 13 (19), 1431 2001 "," Qπtora-Gonzalez, Structure and Magnetic Properties of Transition Metal Nanoparticles Developed by Ion Implantation in Silica Glasses, Thesis, Louis Pasteur University, Strasbourg, 2000 " , "C of ORLEANS, Physics of condensed matter, July 11, 2003", do not allow to consider the grafts of the nanoparticles serving of receiver or absorber of a thin layer or a substrate
[00007] La technique des couches minces (1-3 microns) CIGS était connue mais elle n'était jusqu'ici utilisée que sur un support comme le verre, rigide et relativement lourd Elle n'emploie que très peu de matière ce qui réduit les coûts de fabrication Les avantages sont multiplies si l'on parvient a utiliser un support lui aussi mince et souple - et c'est bien ce que les chercheurs zurichois sont parvenus a faire[00007] The technique of thin layers (1-3 microns) CIGS was known but it was hitherto used only on a support such as glass, rigid and relatively heavy It uses only very little material which reduces the manufacturing costs The benefits are multiplied if we can use a support that is also thin and flexible - and this is what Zurich researchers have managed to do
Pour obtenir la qualité requise, la couche de CIGS est produite sous vide par déposition de vapeur a une température d'environ 500 degrés Or, a cette température, les feuilles de polymère sont mécaniquement Instables Le groupe zurichois a contourne la difficulté en déposant la couche en deux étapes Selon Ayodhya Nath Tiwaπ qui a développe le procède a I IQE la matière synthétique est d abord étendue sur une plaque de verre pour assurer sa stabilité puis la couche mince y est déposée Auparavant, la plaque de verre a ete recouverte du chlorure de sodium NaCI appelé plus communément sel de table ou de cuisine À la fin des opérations de déposition, le sel est dissous dans de I eau La feuille de polymère refroidie se détache alors de son support de verre A ce jour, les différentes techniques de dépôt utilisées sur les lignes en continue « roll-to-roll » sontTo obtain the required quality, the CIGS layer is produced under vacuum by vapor deposition at a temperature of about 500 degrees. At this temperature, the polymer sheets are mechanically unstable. The Zurich group bypasses the difficulty by depositing the layer in two stages According to Ayodhya Nath Tiwaπ, who developed the IQE process, the synthetic material is first spread on a glass plate to ensure its stability, then the thin layer is deposited there. Previously, the glass plate was covered with NaCl sodium, more commonly known as table salt or cooking salt At the end of the deposition process, the salt is dissolved in water. The cooled polymer sheet then detaches from its glass support. To date, the various deposition techniques used on the continuous lines "roll-to-roll" are
Le Traitement Thermique Rapide (Rapid Thermal Processing ou RTP) , qui est une technique bien connu comme un moyen efficace de dépôt depuis la découverte de la technologie CMOS Cette technique est très simple a mettre en oeuvre du faite que le réchauffement peut être contrôle localement et d'une façon uniforme Cette technique utilise des méthodes de chauffage et transfert rapide de la chaleur basée souvent sur une radiation rapide (du type lampes Halogène a tungstène) La Technique de Déposition a source multiple sous vide ou MSVD (Wlulti Source Vacuum Déposition) est une technique , Comme décrite par le brevet d'invention N" WO 2003/093529, qui permet de déposer sous vide des zones importantes avec une précision dans ] épaisseur de dépôt et son uniformité Le Four a Séchage Optique ou OPF (Optical Processing Furnace) Par la sélection d'une lumière ayant un spectre particulier de fusion éclairant une interface de Semi-conducteur et de Métal, créant ainsi une zone qui génère une structure sous forme d'alliage sur la surface de silicone avec une très faible résistance ohmique Par la sélection d'une lumière ayant un spectre particulier de fusion éclairant une surface epitaxie avec une concentration sur Une zone précise Dans ce cas l'encre sèche rapidement sans subir des modifications dans sa structure moléculaire La Sérigraphie (SPR) , techniques de dépôt par sérigraphie offrent les avantages cumules du faible coût des équipements et d'une utilisation a 100 % des matériaux Cette technique consiste a sérigraphier une pâte CIGS sur un verre recouvert de molybdène , la selemsation des couches dans une etuve a 500 "C, le dépôt de la couche fenêtre CdS par CBD et le dépôt de la couche de ZnO par « sputteπng » Le procède de sérigraphie (SPR) est un procède simple dans son principe, mais il reste difficilement maîtrisable dans le cas de dépôt de couches minces , en cause le problème d'adhérence sur le substrat Ses différentes méthodes sont représentatives de l'état antérieur de l'art tell que décrit dans les brevets WO 2006/073437 , WO 2005/033858 et autres publications traitant le sujetRapid Thermal Treatment (RTP), which is a well-known technique as an efficient depositing method since the discovery of CMOS technology. This technique is very simple to implement because the heating can be controlled locally and This technique uses methods of heating and rapid heat transfer often based on fast radiation (such as tungsten halogen lamps). The Vacuum Multiple Source Deposition Technique (MSVD) (Wlulti Source Vacuum Deposition) is A technique, as described by Invention Patent No. WO 2003/093529, which allows large areas to be deposited under vacuum with accuracy in deposit thickness and uniformity. Optical Drying Furnace (OPF) By selecting a light having a particular melting spectrum illuminating a Semiconductor and Metal interface, creating a zo which generates a structure in the form of an alloy on the silicone surface with a very low ohmic resistance By selecting a light having a particular spectrum of fusion illuminating an epitaxial surface with a concentration on a specific area In this case the ink dries quickly without undergoing changes in its molecular structure Screenprinting (SPR), screen printing techniques offer the cumulative advantages of low equipment cost and 100% use of materials This technique consists of screen printing a CIGS paste on a glass covered with molybdenum, the selemsation of the layers in an oven at 500 ° C, the deposition of the CdS window layer by CBD and the deposition of the ZnO layer by "sputteπng" The screen printing process (SPR) is a simple procedure in principle, but it remains difficult to control in the case of deposition of thin layers, because of the problem of adhesion to the substrate. The various methods are representative of the prior state of the art as described in WO 2006/073437, WO 2005/033858 and other publications dealing with the subject.
[00008] D'autres procèdes d impression sont développes comme des variantes pour la réalisation des cellules CIGS Citons pour référence les publication bien connue par état de l'art traitant les aspects couche mince de CIGS c'est a dire[00008] Other printing methods are developed as variants for the production of CIGS cells Let us quote for reference the well-known publication by state of the art dealing with the thin-film aspects of CIGS, that is to say
1- V K Kapurand B M Basol, 'Status of Polycrystalline Solar CeII Technologies" (invited) Proc 22nd IEEE Photovσltaïc Speaahst Conf, Las Vegas Nevada, 1991, IEEE, New York, 1991, p 23, Washington DC, 1996, p 2971- V K Kapurand B M Basol, 'Status of Polycrystalline Solar CeII Technologies' (invited) Proc 22nd IEEE Photovσltaïc Speaahst Conf, Las Vegas Nevada, 1991, IEEE, New York, 1991, p 23, Washington DC, 1996, p 297
2 B M Basol, V K Kapur, C R Leidholm, A Halani, Proceedings of the 25th IEEE PhotovoltaicSpecialist Conférence Washington DC, 1996, p 1572 B M Basol, V K Kapur, C R Leidholm, A Halani, Proceedings of the 25th IEEE PhotovoltaicSpecialist Conference Washington DC, 1996, p 157
3 R Walters G Summers, T Morton, G La Roche, C Signoπni O Anzawa S Matsuda, Proceedings of the 16th European Photovoltaïc Solar Energy Conférence, Glasgow, UK, 2000 [00010] Dans l'état antérieur de l'art, les cellules a base des composes polycnstallms Cu(ln,Ga)Se2 (CIGS) sont actuellement les dispositifs en couches minces les plus performants La structure en est cependant complexe avec la présence de plusieurs interfaces ZnO / CdS / CIGS ou ZnO / ln2S3 / CIGS Le développement de cette filière requiert une parfaite maîtrise de ces interfaces3 R Walters G Summers, T Morton, G La Roche, C Signoπni O Anzawa S Matsuda, Proceedings of the 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow, UK, 2000 [00010] In the prior state of the art, the cells Cu (ln, Ga) Se2 (CIGS) polycomponents are currently the most efficient thin-film devices. However, the structure is complex with the presence of several ZnO / CdS / CIGS or ZnO / ln2S3 / CIGS interfaces. evelopment of this industry requires a perfect mastery of these interfaces
L optimisation des performances des cellules photovoltaïques a base de CIGS passe par la compréhension des mécanismes de formation de la jonction CdS /CIGS Cependant, une étude des différents traitements chimiques montre un impact différent sur la surface du CIGS - HCI > élimination des oxydes,Optimizing the performance of photovoltaic cells based on CIGS requires an understanding of the formation mechanisms of the CdS / CIGS junction However, a study of the different chemical treatments shows a different impact on the surface of the CIGS - HCl> elimination of oxides,
H2SO4 -> formation de Se" en surface,H2SO4 -> Se formation on the surface,
NH3 -> élimination des oxydes et resserrement de la composition surfaαque Plusieurs séries d'expériences différentes ont ainsi montre une amélioration notable des performances des cellules suite au traitement brome, notamment sur les valeurs Vco et FF de la tension de circuit ouvert et du facteur de forme qui deviennent très élevées D'autres études dans ce domaine produisent des améliorations de rendement allant de 75 a 90 % Une publication récente sur les travaux effectues au Japon menée conjointement par le Département de chimie des matériaux de l'université de Ryukoku, le centre de recherche Matsushita Electric lnd Co Ltd ainsi que le département de l'ingénierie électrique et électronique de l'université de Mie, intitulée « High Effiαency CIGS Solar CeIIs with Modifiεd CIGS Surface » traite le sujet et propose une solution efficace avec des rendements allant jusqu'à 17,6 % (VoC=O 649V,Jsc=36 lmA/cm2 et FF=75 1%), sans le traitement anti refletNH3 -> elimination of oxides and tightening of the surface composition Several series of different experiments have thus shown a notable improvement in the performance of the cells following the brominated treatment, in particular on the values Vco and FF of the open circuit voltage and the form factor which become very high. Other studies in this field produce performance improvements ranging from 75 to 90% a recent publication on the work conducted in Japan con j ointement by the chemistry Department of materials Ryukoku University, the Matsushita Electric Ind Co Ltd research center and the Department of Electrical and Electronics Engineering of the University of Mie, titled "High Effiαency CIGS Solar CeIIs with Modifiεd CIGS Surface" treats the subject and proposes an effective solution with yields of up to 17.6% (VoC = O 649V, Jsc = 36 lmA / cm2 and FF = 75 1%), without antireflection treatment
D'autres publications sur des travaux menés conjointement par le département de l'ingénierie électrique et informatique, le département de chimie et le département des sciences des matériaux de l'Université de Floride USA, ainsi que l'établissement SOPRA, France, apparu dans lors du colloque « NCPV and Solar Program Review Meeting 2004 » sous l'intitule « Investigation of Pulsed Laser Annealing (PLA) of CIGS Based Solar CeIIs » traite des solutions alternatives par PLA [00011] Concernant la réalisation de la couche Cds sur la couche CIGS par déposition, l'état de l'art est réalise soitOther publications on joint work by the Department of Electrical and Computer Engineering, the Department of Chemistry and the Department of Materials Science at the University of Florida USA, and the SOPRA Institution, France, appeared in at the conference "NCPV and Solar Program Review Meeting 2004" under the title "Investigation of Pulsed Laser Annealing (PLA) of CIGS Based Solar CeIIs" deals with alternative solutions by PLA [00011] Regarding the realization of the layer Cds on the layer CIGS by deposition, the state of the art is realized either
Par la technique de déposition de couche mince sous vide (technique relativement coûteuse, nécessitant des contraintes de passage dans des chambres sous vide lors de la production du film en flux tendu) - Par techniques de dépôts de couche minces a pression et température ambiante par electrodeposition sur un substrat CIGS, recouvert de molybdène (Mo) au préalable Dans ce cas, le substrat est initialement recouvert d'une couche supplémentaire, conductrice, électronique, par exemple métallique ou sous forme d'oxyde Cette couche conductrice peut en outre reposer sur une ou plusieurs sous-couches servant a une application spécifique (barrière de diffusion miroir ou autre) dans la fabrication de cellules photovoltaïques Les travaux et les publications de V K Kapur, M Fisher, R Roe, in R D McCoπnell, V K Kapur (eds ), Proceedings on Photovoltaic'sforthe 21st Century, vol 2001-10, The Electrochemical Society Inc , New Jersey, 2001 p 309, et de V K Kapur, A Bansal P Le O I Asensio, 29th IEEE Photovoltaïc Speclahsts Conférence, New Orléans, LA 2002, p 688 ainsi que C Eberspacher, C Fredπc, K Pauls, J Serra, Thin Solid Films 387 (2001) 18 expliquent l'état de I art sur ces procédés D'autres techniques de dépôt de ce film consistant à imprimer par sérigraphie et les procèdes de recπstallisation par impression offset Les publications V P Klad' ko, O S Lytvyn, P M Lytvyn N M Osipenok, G S Pekar, I V Prokopenko, A F Siπgaevsky A ABy the technique of vacuum thin layer deposition (relatively expensive technique, requiring stresses in vacuum chambers during the production of the film in tension) - By thin layer deposition techniques at pressure and ambient temperature by electrodeposition on a substrate CIGS, covered with molybdenum (Mo) beforehand In this case, the substrate is initially covered with an additional layer, conductive, electronic, for example metal or in the form of oxide This conductive layer may also be based on a or several sublayers for a specific application (mirror diffusion or other barrier) in the manufacture of photovoltaic cells The work and publications of VK Kapur, Fisher M, Roe Roe, McCoπnell RD, VK Kapur (eds), Proceedings on Photovoltaic'sforthe 21st Century, vol 2001-10, The Electrochemical Society Inc, New Jersey, 2001 p 309, and VK Kapur, A Bansal P The OI Asen sio, 29th IEEE Photovoltaic Speclahsts Conference, New Orleans, LA 2002, p 688 as well as C Eberspacher, C Fredπc, K Pauls, J Serra, Thin Solid Films 387 (2001) 18 explain the state of art on these processes D ' Other techniques of depositing this film consisting of printing by screen printing and offset recrstalling processes The publications VP Klad 'ko, Lytvyn OS, PM Lytvyn NM Osipenok, GS Pekar, IV Prokopenko, AF Siπgaevsky AA
Korchevoy, sur la ' Recrystallization processes in screen-printed CdS films' de l'Institute of Semiconductor Physics, NAS of Ukraine, 45 prospect Nauky, 03028 Kyiv, Ukraιne(2002), ne traite pas l'aspect performance en flux tendu d un tel procède [00012] Concernant la transformation calorifique en courant. Le brevet , US Patent 4733 121 ne traite que l'utilisation deKorchevoy, on the 'Recrystallization processes in screen-printed CdS films' of the Institute of Semiconductor Physics, NAS of Ukraine, 45 prospect Nauky, 03028 Kyiv, Ukraine (2002), does not deal with the just-in-time performance aspect of a Such proceeds [00012] Regarding the heat transfer in current. US Patent 4733121 only discusses the use of
I énergie solaire a travers des solutions autres que photovoltaique et n'apporte pas d'innovation pour une transformation des calories en courant liée a la technologie des cellules photovoltaiqueI solar energy through solutions other than photovoltaic and does not bring innovation for a transformation of calories in current related to the technology of photovoltaic cells
[00013] Par ailleurs. II est logique de considérer qu'une cellule solaire capte le maximum d'énergie lumineuse quand II est perpendiculaire aux rayons du soleil, or l'angle d'incidence de ces rayons varie au cours de la journée et au cours des saisons Le pouvoir heliostat des dispositifs dans I art antérieur est souvent base sur des systèmes mécaniques pour suivre la course du soleil, afin d orienter toute la journée les rayons solaires vers une petite surface fixe Une cellule photovoltaique classique en silicium peut absorber 674 % de la lumière du soleil qui l'atteint, ce qui signifie que quasiment un tiers de cette lumière est réfléchie et donc irrécupérable Les publications des travaux de Lyot, B , « Le filtre monochromatique polarisant et ses applications en physique solaire », dans le journal Annales d'Astrophysique Vol 7, p 31, 1944, montrent des moyens simples de polarisation et des cristaux dans les écrans de visualisation et de momtorage D'autre part, les études de Heinz-Siegfπed Kitzerow et Christian Bahr, du département de chimie de l'université Paderborn a Marburg Allemagne traite la concentration des lumières solaires par un effet de loupe Le brevet WO 2009/008996 décrit un procède applicable aux cellules photovoltaïques permettant un SUIVI du soleil a l'aide des dispositifs optiques Cette invention manque de traiter le sujet important de reflexion de lumière provoque par les dispositions optiques proposées Ces techniques et publications existantes ne décrivent nullement un moyen nanometπque réalisant les deux fonctions a savoir absorption quasi total et le SUIVI de la lumière du soleil en une seule surface de lumière entrante de façon optimale et dans les sens X et Y [00015] Le transfert d'énergie par courant du type « WIFI » ou Wireless Fidelity assurant un transfert de données sans file existe depuis de longues années En effet Rappelons que la technique n'est pas nouvelle puisqu'elle a ete inventée par Nicolas Tesla en 1892 et est connue sous le nom de couplage par induction L'état antérieur de l'art sur le transport de l'énergie électrique par influence partielle a travers un milieu diélectrique a ete traite dans le brevet d invention n° WO 2007/107642Moreover. It is logical to consider that a solar cell captures the maximum of light energy when it is perpendicular to the rays of the sun, but the angle of incidence of these rays varies during the day and during the seasons The power heliostat Devices in the prior art are often based on mechanical systems to track the sun's course, so that the sun can be directed all day to a small fixed area. A conventional silicon photovoltaic cell can absorb 674% of the sun's light. This means that almost a third of this light is reflected and therefore irretrievable The publications of Lyot's work, B, "The polarizing monochromatic filter and its applications in solar physics", in the journal Annales d'Astrophysique Vol 7 , p 31, 1944, show simple means of polarization and crystals in visualization screens and momtorage On the other hand, the studies of Heinz-Siegfπed Kitzerow and Christian Bahr, from the Department of Chemistry, Paderborn University, Marburg, Germany, treat the concentration of solar lights by a magnifying glass effect WO 2009/008996 describes a procedure applicable to photovoltaic cells allowing sun tracking by using This invention fails to deal with the important subject of light reflection caused by the proposed optical arrangements. These existing techniques and publications do not describe a nanometric means realizing the two functions, namely quasi-total absorption and the tracking of sunlight. only one surface of light coming in optimally and in the X and Y directions [00015] The transfer of energy by current of the type "WIFI" or Wireless Fidelity ensuring a transfer of data without file existed for many years Indeed Recall that the technique is not new since it was invented by Nicolas Tesla in 1892 and is co Induced under the name of induction coupling The prior state of the art on the transport of electrical energy by partial influence through a dielectric medium has been discussed in Invention Patent No. WO 2007/107642
La nouveauté consiste a réaliser une action purement magnétique (définition d'un potentiel magnétique scalaire) combinée avec une action purement électrique qui correspond a la répulsion/ attraction mécanique de deux charges distantes, résultant en une propagation des ondes électromagnétiqueThe novelty consists in carrying out a purely magnetic action (definition of a scalar magnetic potential) combined with a purely electrical action which corresponds to the repulsion / mechanical attraction of two distant charges, resulting in an electromagnetic wave propagation.
Depuis l'an 2007, des travaux du MIT (Massachussets Institute of Technology) sur la transmission d'electncite sans fil traitent de I avenir de I approvisionnement énergétique du monde La revue « Technology Review » du même MIT a classe cette technique dans les technologies émergentes de 2008 et l'on annonce le lancement commercial de divers dispositifs fonctionnant a l'electπcite WIFI pourSince the year 2007, the MIT (Massachussets Institute of Technology) work on wireless electncite transmission deals with the future of the world's energy supply The "Technology Review" of the same MIT has classified this technique in the technologies 2008 and the commercial launch of various WIFI electπcite devices for
I horizon des années 2010 II manque néanmoins de proposer une solution sans câblage pour la mise en œuvre des sources d'énergie renouvelable sous forme nomade ou stationnaire2010 horizon However, there is still a need to propose a solution without cabling for the implementation of renewable energy sources in nomadic or stationary form
II est a noter qu'une firme de New-York, « Powermat », a développe des films souples a induction magnétique que l'on pourrait placer n'importe ou dans une pièce pour assurer un relais aux courants électriques primaires (Publication Wall street journal, Power Play, January 10, 2008)It should be noted that a New York firm, "Powermat", has developed flexible films with magnetic induction that could be placed anywhere in a room to provide a relay to primary electric currents (Publication Wall Street newspaper, Power Play, January 10, 2008)
Une autre société Japonaise, « Denpecki », étudie des plaques de plâtre a induction sur le même principe L'Américain « Fulton Innovation » travaille aussi sur ce type de système de distribution d'électricité qui assurerait l'omniprésence du courant cache dans murs et plafonds Le transfert de l'electncite se ferait dans l'appareil électrique a alimenter pour peu qu il dispose d une bobine secondaireAnother Japanese company, "Denpecki", is studying induction plasterboard on the same principle The American "Fulton Innovation" is also working on this type of electricity distribution system that would ensure the omnipresence of the current cache in walls and ceilings The transfer of electncite would be done in the electrical device to supply if it has a secondary coil
D'autre part, les techniques brevetées dans les inventions WO/2002/073 085 WO/2004/071 632 , WO/2007/059996 , EP0576342 , US 4On the other hand, the techniques patented in the inventions WO / 2002/073 085 WO / 2004/071 632, WO / 2007/059996, EP0576342, US 4
641922 , WO2008/053 109, aucun de ces brevets ne permet d'envisager un SUIVI du soleil (ou de I ensoleillement) par des cristaux liquides, que ce soit sous forme de naπo tubes cylindriques ou encore nanocnstaux hexagonaux Par ailleurs, les brevets WO20O7/085 636 WO2007/089554 , et WO2002/081341 qui traitent les techniques thermochromatiques, aucun ne permet pas d envisager une échange calorifiques automatisée et optimise pour une utilisation dans la production du chaud ou du froid641922, WO2008 / 053 109, none of these patents makes it possible to envisage a SUIVI of the sun (or sunshine) by liquid crystals, either in the form of naπo cylindrical tubes or hexagonal nanocnstals Furthermore, the WO20O7 patents / 085 636 WO2007 / 089554, and WO2002 / 081341 which deal with thermochromatic techniques, none does not allow to consider an automated heat exchange and optimized for use in the production of hot or cold
De même les brevets d'oxyde de zinc piézoélectrique WO1992/001 631 , WO2008/004657 , WO2008/018402 et WO2006/052033 , Ne permet pas d'envisager une récupération du courant électrique avec des rendements proches de 30%Similarly, the piezoelectric zinc oxide patents WO1992 / 001 631, WO2008 / 004657, WO2008 / 018402 and WO2006 / 052033, do not allow to consider a recovery of the electric current with yields close to 30%
Sachant qu'au-delà de 25°C, la production de l'électricité par des cellules photovoltaïques diminue de 24 a 5 % a chaque fois que la température de la cellule augmente de 10°C d'une partKnowing that above 25 ° C, the production of electricity by photovoltaic cells decreases from 24 to 5% each time the temperature of the cell increases by 10 ° C on the one hand
Et que le rendement des cellules photovoltaïques est limite souvent par des équations physiques des matériaux utilises (par exemple pour le cas de silicium la limitation technologique ou le rendement théorique est de 40 %) d'autre partAnd that the yield of photovoltaic cells is often limited by physical equations of the materials used (for example for the case of silicon the technological limitation or the theoretical yield is 40%) on the other hand
Nous pouvons aisément comprendre les avantages de la présente inventionWe can easily understand the advantages of the present invention
Rappelons que les applications n° 0803019, n° 0804598, n° 0806821 et n° 0900257 et 09 00921, déposes respectivement le 2 juin, le 14 Août le 05 Décembre 2008, 22 Janvier 2009 et lε 02 Mars 2009 font mention des points suivants Dans les générateurs d'électricité à base de la technologie photovoltaïque, les performances du dispositif dépendent en effet de la morphologie du film mince placé entre les deux électrodes. La séparation de charge photo-induite à l'origine du photo-courant ne pouvant se faire qu'à l'interface de la zone de contact entre les deux constituants (dans le cas de C6o).Recall that the applications No. 0803019, No. 0804598, No. 0806821 and No. 0900257 and 09 00921, deposited respectively on June 2, August 14, December 5, 2008, January 22, 2009 and March 02, 2009 mention the following points In electricity generators based on photovoltaic technology, the performance of the device depends on the morphology of the thin film placed between the two electrodes. Photo-induced charge separation at the origin of the photo-current can only be done at the interface of the contact zone between the two constituents (in the case of C 6 o).
Pour optimiser les performances des cellules photovoltaïques, il faut à la fois favoriser la formation de charges au sein du film mince du 5 dispositif photovoltaïque et augmenter la quantité de lumière absorbée. L'un des grands avantages de cette nouvelle approche est la possibilité d'établir une relation entre la structure du composé hybride et son activité. Il sera ensuite facile de faire varier la structure de la molécule pour en moduler ses propriétés électroniques afin de favoriser la production du photocourant. Nous constatons que l'utilisation des polymères nano cristallins augmente considérablement le rendement des cellules photovoltaïques. En effet ; On peut obtenir un rendement de 11 % en empilant deux cellules DSC (Dye-Sensitized CeIIs) afin de former une cellule tandem DSC, augmentant ainsi le taux deTo optimize the performance of the photovoltaic cells, it is necessary both to promote the formation of charges within the thin film of the photovoltaic device and to increase the amount of light absorbed. One of the great advantages of this new approach is the possibility of establishing a relationship between the structure of the hybrid compound and its activity. It will then be easy to vary the structure of the molecule to modulate its electronic properties to promote the production of photocurrent. We find that the use of nano-crystalline polymers considerably increases the efficiency of photovoltaic cells. Indeed ; An 11% yield can be obtained by stacking two Dye-Sensitized CeIIs (DSC) cells to form a DSC tandem cell, thereby increasing the rate of
10 conversion. La cellule supérieure absorbe la lumière'dans le visible, la cellule inférieure dans le proche infrarouge et l'infrarouge. Les colorants utilisés sont le red-dye (N719) qui présente un pic d'absorption à 540 nm (vert) et le black-dye (N749) dont le pic se situe à 600 nm (orange) mais qui absorbe jusqu'à 800 nm (proche Infrarouge). La conversion photoélectrique des faibles longueurs d'ondes permet d'obtenir une forte tension électrique, celle des grandes longueurs d'ondes fournissant un fort courant, le tout expliquant le taux de conversion élevé obtenu. Récemment, des équipes françaises de l'INL (Institut des Nano technologies de Lyon) ont obtenu une efficacité de conversion10 conversion. The upper cell absorbs light in the visible, the lower cell in the near infrared and the infrared. The dyes used are red-dye (N719) which has an absorption peak at 540 nm (green) and black dye (N749) whose peak is at 600 nm (orange) but absorbs up to 800 nm (near infrared). The photoelectric conversion of the low wavelengths makes it possible to obtain a high electrical voltage, that of the long wavelengths providing a strong current, all explaining the high conversion rate obtained. Recently, French teams from INL (Institute of Nano Technologies Lyon) obtained conversion efficiency
15 proche de 18 % mesurée sur une cellule photovoltaïque de 2e génération en silicium cristallin aminci. À l'heure où 50 % du coût d'une cellule photovoltaïque en silicium cristallin est dû au substrat, de nombreux travaux de recherche portent sur les cellules dites de 2ème génération, à substrat aminci. Bien que cette réduction d'épaisseur dégrade le rendement des cellules conventionnelles, de nouvelles architectures permettent de conserver des efficacités importantes comme l'a démontré Pierre Papet au cours de sa thèse intitulée « Nouveaux concepts pour la réalisation de cellules photovoltaïques à contacts arrière sur substrats minces en silicium cristallin ».Nearly 18% measured on a 2nd generation photovoltaic cell made of thinned crystalline silicon. At a time when 50% of the cost of a crystalline silicon photovoltaic cell is due to the substrate, a lot of research work is done on so-called 2nd generation cells, with a thinned substrate. Although this reduction in thickness degrades the efficiency of conventional cells, new architectures can retain significant efficiencies as demonstrated by Pierre Papet during his thesis entitled "New concepts for the realization of photovoltaic cells with rear contacts on substrates thin crystalline silicon ".
20 Son travail présente les principales études et améliorations apportées aux cellules fabriquées sur substrat de silicium cristallin de type p d'environ 150 μm d'épaisseur. La passivation de la face avant est assurée par dépôt d'une simple couche de nitrure de silicium hydrogéné sur la surface préalablement micro structurée. En face arrière, un émetteur profond et fortement dopé est réalisé par diffusion de phosphore. Un champ répulsif réalisé sur la face arrière par dopage au bore permet de limiter les recombinaisons. Enfin, l'efficacité des cellules est optimisée grâce à la géométrie des contacts métalliques iπters digités reportés en face arrière. L'ensemble de ces études a permis de réaliserHis work presents the main studies and improvements made to cells made on a p-type crystalline silicon substrate of about 150 μm in thickness. The passivation of the front face is provided by depositing a single layer of hydrogenated silicon nitride on the previously micro-structured surface. On the back side, a deep, heavily doped emitter is produced by phosphorus diffusion. A repellent field made on the rear face by boron doping makes it possible to limit the recombinations. Finally, the efficiency of the cells is optimized thanks to the geometry of the metal contacts Iπters digits reported back. All of these studies helped to achieve
25 des cellules à haut rendement et l'une d'entre elles présente une efficacité de 17,9 % (mesurée au laboratoire). Ce résultat est actuellement l'un des plus hauts rendements de conversion réalisé sur silicium dans un laboratoire français.High efficiency cells and one of them has an efficiency of 17.9% (measured in the laboratory). This result is currently one of the highest conversion efficiencies achieved on silicon in a French laboratory.
Un des aspects innovant de la présente application est son composant photovoltaïque. En effet, les techniques de réalisations à ce jour ont été soit par la capture de l'infra rouge soit par la capture des rayons du spectre visible. La Spectroscopie Infrarouge (IRA) est basée sur l'absorption d'un rayonnement infrarouge par le matériau analysé. Elle permet, via la détection des vibrations caractéristiques desOne of the innovative aspects of this application is its photovoltaic component. In fact, the production techniques to date have been either by the capture of the infrared or by the capture of the visible spectrum. Infrared Spectroscopy (IRA) is based on the absorption of infrared radiation by the material analyzed. It allows, via the detection of the characteristic vibrations of
30 complexes chimiques, d'effectuer l'analyse chimique d'un matériau.30 chemical complexes, perform the chemical analysis of a material.
Le principe de la spectroscopie IR est le suivant : lorsque l'énergie du faisceau lumineux est voisine de l'énergie de vibration d'une liaison chimique, cette dernière absorbe le rayonnement et on enregistre une diminution de l'intensité réfléchie ou transmise à cette longueur d'onde. Le domaine spectral entre 4000 cm"1 et 400 cm"1 (2.5 — 25 μm) correspond au domaine de l'énergie de vibration de diverses molécules....The principle of IR spectroscopy is as follows: when the energy of the light beam is close to the vibrational energy of a chemical bond, the latter absorbs the radiation and there is a decrease in the intensity reflected or transmitted to this beam. wave length. The spectral range between 4000 cm -1 and 400 cm -1 (2.5-25 μm) corresponds to the vibration energy domain of various molecules.
35 ... Dans le cadre de cette invention nous avons utilisé deux modes : i) Réflexion et (ii) Réflexion totale Atténuée.35 ... In the context of this invention we used two modes: i) Reflection and (ii) Total Reflection Attenuated.
Le premier mode permet de déterminer la porosité d'une couche. Des interférences constructives ou négatives entre le faisceau incident réfléchi à l'interface air -/ Si poreux et le faisceau réfléchi à l'interface Si poreux / Si monocristallin peuvent être clairement observées sur les couches dont l'épaisseur (d) est inférieur ou égalé e λ réfléchi. L'indice optique de la couche (n) est déterminé à partir de spectre de réflectivité, en considérant la différence de chemin optique entre les deux faisceaux réfléchis. Les conditionsThe first mode makes it possible to determine the porosity of a layer. Constructive or negative interferences between the incident beam reflected at the porous air - / Si interface and the beam reflected at the porous Si / Si monocrystalline interface can be clearly observed on the layers whose thickness (d) is less than or equal to e λ reflected. The optical index of the layer (n) is determined from the reflectivity spectrum, considering the difference in optical path between the two reflected beams. Conditions
40 pour les maximums d'interférence d'ordres k et k+N peuvent être ainsi écrites : 2dn = kλi< ou encore40 for the order interference maximums k and k + N can thus be written: 2dn = kλi <or
2dn = (k+N) λk+N où λx est la longueur d'onde correspondant au maximum de l'ordre x ; k et N sont des nombres entiers ; IM - le nombre des maximums d'interférence entre λ^ et λy+ti 2dn = (k + N) λ k + N where λ x is the wavelength corresponding to the maximum of the order x; k and N are integers; IM - the number of interference maximums between λ ^ and λy + ti
Ainsi, on obtient : n = — ( )Thus, we get: n = - ()
45 La porosité moyenne peut être estimée à partir de ces mesures de l'indice de réflexion en utilisant les modèles du milieu effectif de Brouggeman ou de Maxwell-Garnett. Selon le modèle de milieu de Brouggeman, par exemple, l'équation mettant en corrélation l'indice de réflexion et la porosité d'une couche est :The average porosity can be estimated from these reflection index measurements using either the Brouggeman or Maxwell-Garnett effective medium models. According to Brouggeman's model of the medium, for example, the equation correlating the reflection index and the porosity of a layer is:
Figure imgf000007_0001
640 cm"1 ), mesurées expérimentalement. Nos mesures de concentration d'hydrogène effectuées par FTIR fonctionnant en mode ATR sont en excellent accord avec les mesures de quantité d'hydrogène effectuées par la spectroscopie de désorption thermique (TPD MS) une autre technique de mesure de la quantité d'hydrogène atomique. Cette méthode est basée à l'analyse du gaz désorbé de l'échantillon lors de sa sublimation. La TPD MS couplée avec le spectromètre de masse est une technique d'analyse quantitative mais destructive. Elle est relativement délicate à mettre en œuvre....
Figure imgf000007_0001
640 cm -1 ), measured experimentally. Our FTIR hydrogen concentration measurements in ATR mode are in excellent agreement with hydrogen quantity measurements made by thermal desorption spectroscopy (TPD MS), another technique for measuring the amount of atomic hydrogen. This method is based on the analysis of the gas desorbed from the sample during its sublimation. MS TPD coupled with the mass spectrometer is a quantitative but destructive analytical technique. It is relatively difficult to implement ....
... Les cellules photovoltaïques sont caractérisées par des courbes courant-tension dans le noir et sous éclairement. Dans le noir, la cellule ne produit pas de courant ; le dispositif est passif. Sous éclairement, la cellule génère du courant et donc de la puissance. Cette puissance correspond à l'aire comprise entre les axes à J=O et V=O et la courbe J-V. Au point de fonctionnement (Jmax, Vmax), on est au maximum de la puissance du dispositif. Le rendement de conversion photovoltaïque est alors obtenu par la formule suivante :... Photovoltaic cells are characterized by current-voltage curves in the dark and under illumination. In the dark, the cell does not produce current; the device is passive. Under illumination, the cell generates current and therefore power. This power corresponds to the area between the axes at J = 0 and V = 0 and the curve J-V. At the point of operation (Jmax, Vmax), one is at the maximum of the power of the device. The photovoltaic conversion efficiency is then obtained by the following formula:
FF x V,c *Jsc P où le FF correspond au facteur de forme la Voc à la tension en circuit ouvert le Jsc à la densité de courant en court circuit P à la puissance incidente. FF x V , c * Jsc P where the FF corresponds to the form factor the V oc to the open circuit voltage J sc to the short circuit current density P to the incident power.
La lumière incidente est standardisée à 100 mW.cm'2 sous AM 1,5 qui correspond au spectre solaire en tenant compte de l'atmosphère terrestre et d'un angle d'incidence de 48,2 ".The incident light is standardized at 100 mW.cm '2 under AM 1.5 which corresponds to the solar spectrum taking into account the Earth's atmosphere and an incidence angle of 48.2 ".
La tension en circuit ouvert correspond à la tension mesurée lorsqu'aucun courant ne circule dans la couche active. Dans des dispositifs du type métal-isolant-métal, la Voc est déterminée par la différence de travail de sortie de chacun des métaux. Dans le cas des cellules solaires la Voc est linéairement dépendante du niveau de là HOMO du matériau semi-conducteur donneur d'électrons et du niveau d'énergie de la LUMO du matériau semi-conducteur accepteur d'électrons (reliés respectivement au potentiel d'oxydation et de réduction de chacun des matériaux). Des études de Brabec et Scharber ont clairement montré cette dépendance pour les matériaux accepteurs et les matériaux donneurs.The open circuit voltage corresponds to the measured voltage when no current flows in the active layer. In metal-insulator-metal type devices, the V oc is determined by the difference in output work of each of the metals. In the case of solar cells, the V oc is linearly dependent on the HOMO level of the electron donor semiconductor material and the LUMO energy level of the electron acceptor semiconductor material (connected respectively to the potential of the electron source). oxidation and reduction of each of the materials). Studies by Brabec and Scharber have clearly shown this dependence on acceptor materials and donor materials.
D'autres facteurs affectent également la valeur de la Voc telles que les interfaces aux électrodes. En effet, les pertes de charges aux électrodes diminuent la valeur de la Voc. Des traitements de surfaces des électrodes ou l'ajout de couches intermédiaires sont nécessaires pour améliorer l'adéquation entre le travail de sortie de l'électrode et la HOMO ou la LL)MO du matériau donneur ou accepteur. Pour cela l'anode d'ITO est traitée par des techniques de plasma ou UV ozone, ou encore recouverte d'une couche qui transporte les trous avec un travail de sortie plus élevé. Le PEDOT:PSS (polyéthylènedioxythiophène dopé avec du polystyrènesulfonate) est alors utilisé dans cet objectif. Cette couche intermédiaire améliore la qualité de l'interface avec la couche active. La cathode est quant à elle modifiée par l'ajout d'une couche de LiF entre la couche organique et le métal. Cette couche supplémentaire permet d'améliorer la V01 délivrée par les cellules. La valeur de la Voc est donc liée aux niveaux d'énergie de chacun des matériaux et également à leurs interfaces. Le Jsc est la densité de courant fournie par la cellule en condition de court circuit (tension aux bornes de la cellule égale à 0). La densité de courant est déterminée par le produit de la densité de charges photogénérées par la mobilité du matériau. On a donc :
Figure imgf000008_0001
n est la densité de porteurs de charges (positives et négatives) e la charge élémentaire μ la mobilité ambipolaire
Other factors also affect the value of the V oc such as the electrode interfaces. Indeed, the pressure losses at the electrodes reduce the value of the V oc . Surface treatments of the electrodes or the addition of intermediate layers are necessary to improve the match between the output work of the electrode and the HOMO or LL) MO of the donor or acceptor material. For this purpose, the ITO anode is treated by plasma or UV ozone techniques, or else covered with a layer that carries the holes with a higher output work. PEDOT: PSS (polyethylenedioxythiophene doped with polystyrene sulfonate) is then used for this purpose. This intermediate layer improves the quality of the interface with the active layer. The cathode is modified by the addition of a layer of LiF between the organic layer and the metal. This additional layer makes it possible to improve the V 01 delivered by the cells. The value of the V oc is therefore related to the energy levels of each of the materials and also to their interfaces. The Jsc is the current density provided by the cell under short circuit conditions (voltage across the cell equal to 0). The current density is determined by the product of the charge density photogenerated by the mobility of the material. So we have :
Figure imgf000008_0001
n is the density of charge carriers (positive and negative) e the elementary charge μ ambipolar mobility
E le champ électrique interneE the internal electric field
S la surface de la celluleS the surface of the cell
Si on a 100 % d'efficacité de conversion de photons en charges, n est le nombre de photons absorbés par unité de volume. Cependant l'efficacité n'est pas à son maximum. Cette efficacité peut être mesurée par la technique de mesure d'IPCEIf one has 100% efficiency of conversion of photons into charges, n is the number of photons absorbed per unit of volume. However efficiency is not at its maximum. This efficiency can be measured by the IPCE measuring technique
(Incident Photon to Current Efficiency) qui correspond au nombre d'électrons collectés dans les conditions de court circuit sur le nombre de photons incidents. Cette valeur est calculée pour chaque longueur d'onde selon la formule :(Incident Photon to Current Efficiency) which corresponds to the number of electrons collected under short circuit conditions on the number of incident photons. This value is calculated for each wavelength according to the formula:
IPCE -: J--. x ≥£ = 1240χIsc lxλ e Ixλ où Hest la longueur du faisceau incident (en nm) Jsc Ia densité de courant de court circuit de la cellule (mA.nï2)IPCE -: J--. x ≥ £ = 1240χ Isc lxλ e Ixλ where H is the length of the incident beam (in nm) J sc the short circuit current density of the cell (mA.nï 2 )
I la puissance incidente (W.m"2)I the incident power (Wm "2 )
Aujourd'hui les meilleures cellules avec des mélanges P3HT:PCBM ont un rendement de conversion externe maximal (IPCE) de 70 %.Today the best cells with P3HT: PCBM blends have a maximum external conversion efficiency (IPCE) of 70%.
Un autre facteur limitant dans la valeur du Jsc est la mobilité des porteurs libres dans la couche active. Elle n'est pas uniquement liée à la mobilité de chacun des matériaux pris séparément mais de la mobilité des matériaux en mélange. C'est- à-dire qu'il faut tenir compte de leur structuration et de la morphologie du mélange.Another limiting factor in the value of J sc is the mobility of the free carriers in the active layer. It is not only related to the mobility of each of the materials taken separately but the mobility of the materials in mixture. That is to say, we must take into account their structure and the morphology of the mixture.
Le facteur de forme est défini par la formule suivante :The form factor is defined by the following formula:
" voc χjsc où Pmaχ est défini comme le produit de Jmax par Vmax la Voc correspond à la tension en circuit ouvert le Jsc à la densité de courant en court circuit Jmax et Vmax correspondent aux valeurs du point de fonctionnement maximal de la cellule. " v oc χ j sc where P ma χ is defined as the product of Jmax by Vmax the V oc corresponds to the open circuit voltage J sc to the short-circuit current density Jmax and Vmax correspond to the values of the operating point maximum of the cell.
Le facteur de forme est lié au nombre de porteurs de charges collectés aux électrodes à différentes tensions de fonctionnement. En effet dans la couche active, il y a compétition entre transport des charges et recombinaison des charges. Cette compétition est équivalente à la compétition entre le temps de transit des charges dans la couche active ' ttf et leur temps de vie Y. La distance de migration des charges 'd' est définie par le produit de la mobilité des charges par leur temps cle transit par le champ interne de la cellule 'E' suivant la formule suivante : d ≈ μ x ttr x E d'où ttr ≈^The form factor is related to the number of charge carriers collected at the electrodes at different operating voltages. Indeed, in the active layer, there is competition between charge transport and charge recombination. This competition is equivalent to the competition between the transit time of the charges in the active layer 'ttf and their life time Y. The migration distance of the charges' d' is defined by the product of the mobility of the charges by their key time. transit through the internal field of the cell 'E' according to the following formula: d ≈ μ x ttr x E where ttr ≈ ^
Afin de limiter les recombinaisons dans la couche active et extraire les charges aux électrodes, il est important d'avoir ttr « τ donc d'avoir une mobilité des charges maximale.In order to limit the recombinations in the active layer and extract the charges at the electrodes, it is important to have t τ thus to have maximum mobility of the charges.
D'autre part les résistances en séries (résistance de contact, résistance de la couche active) de la cellule influencent le FF. Les premières utilisations des matériaux organiques semi-conducteurs ont été démontrées dans les années 1960 avec le développement de cellules électroluminescentes à l'anthracène alimentées par un courant alternatif. La faible conductivité électrique de ces matériaux limitait la quantité de lumière émise, jusqu'à l'apparition de nouveaux matériaux polymères comme le polyacétylène, le polypyrrole et la polyaniline dans les années 1970 Heeger, MacDiarmid et Shirakawa montrèrent que la conductivite du polyacetylene, polymère isolant, augmentait fortement (par un facteur de 7) lorsque celui ci était expose a des vapeurs d halogènes Ceci était lie au dopage du polymère par oxydation et insertion simultanée d'halogenures Des travaux ont ete menés depuis, avec de grandes avancées dans le domaine du photovoltaïque depuis les années 1990 avec les travaux de Sanciftα, et le développement de polymères semi conducteurs tels que le poly(p- phenylenevinylene) ou le polythiophene Aujourd'hui, on distingue plusieurs grandes classes de polymères conjuguesOn the other hand, the series resistances (contact resistance, resistance of the active layer) of the cell influence the FF. The first uses of organic semiconductor materials were demonstrated in the 1960s with the development of AC-powered electroluminescent cells powered by an alternating current. The low electrical conductivity of these materials limited the amount of light emitted, until the appearance of new polymeric materials such as polyacetylene, polypyrrole and polyaniline in the 1970s Heeger, MacDiarmid and Shirakawa showed that the conductivity of polyacetylene, an insulating polymer, increased strongly (by a factor of 7) when it was exposed to halogenated vapors. This was related to polymer doping by oxidation and simultaneous insertion. The work has since been carried out, with major advances in the field of photovoltaics since the 1990s with the work of Sanciftα, and the development of semiconducting polymers such as poly (p-phenylenevinylene) or polythiophene. Today, there are several major classes of conjugated polymers
Les polymères conjugues peuvent être utilises dans de nombreuses applications électroniques (transistors) ou optoélectroniques (diodes électroluminescentes, cellules photovoltaïques) Dans le cadre de cette innovation, nous nous focaliserons sur les polymères dédies au photovoltaïque organique Plusieurs propriétés des polymères, en plus du fait qu'ils soient facilement mis en œuvre, sont indispensables pour I obtention de cellules solaires performantes faible gap haut potentiel d'oxydation et bon transport dé charges Ces paramètres gouvernent les valeurs de Voc, Jsc et FF qui déterminent le rendement d'une cellule solaire Un des paramètres cruciaux est l'augmentation de l'absorption des photons pour augmenter le photocourant Ceci peut être bien sûr obtenu en augmentant l'épaisseur de la couche active (mais cette solution est limitée par la mobilité réduite des porteurs de charge et leur temps de vie court) en étendant la gamme spectrale d absorption des matériaux et donc en diminuant le gap HOMO-LUMO des polymères L absorption d'une couche active d une cellule photovoltaïque, a base de P3HT et de PCBM, absorbe de l'UV jusqu a environ 650 nm Dans ce cas seulement 22,4 % des photons peuvent être absorbes et transformes en électricité Cependant le spectre solaire est maximal autour de 700 nm et s'étend jusqu'au proche infrarouge Une amélioration des performances est obtenue par l'utilisation de polymères qui absorbent jusqu a 800-1000 nm Une autre approche consiste en l'utilisation de copolymeres a blocs Ces composes sont constitues de deux blocs polymères thermodynamiquement incompatibles Ces deux blocs lies de manière covalente sont donc immiscibles L'utilisation de tels matériaux conduit a l'état solide a la formation spontanée de domaines de séparation de phase très ordonnes a l'échelle submicronique de l'ordre de 10 50 nm Ces organisations peuvent être très complexes Ce sont principalement les masses molaires de chacun des blocs qui dirigent la morphologie du film et conduisent alors a des sphères, des cylindres ou des lamelles Ces dimensions de séparation de phase correspondent aux dimensions nécessaires pour avoir de hauts rendements de conversion dans les couches actives des cellules photovoltaïques En élaborant des copolymeres a blocs comportant un bloc donneur d'électrons et un bloc accepteur d'électrons, ces matériaux pourraient conduire a des morphologies thermodynamiquement stables adaptées pour les cellules photovoltaïques En effet une des morphologies appelée « morphologie gyroide » correspond a deux reseaux interpénétres bicontinus , la morphologie dite « cylindrique » se rapproche également de la morphologie idéale d'une couche active des cellules photovoltaïques La présence d'un bloc conjugue fortement rigide classe ces polymères dans la famille des copolymeres rod-coil (bâtonnetpelote) Des premiers polymères ont ete synthétises avec un bloc de poly(p phenylene vmylene) (PPV) et un bloc de polystyrène (PS) fonctionnalise avec du C60 Suivant le solvant de dépôt utilise et après traitement thermique la morphologie du film peut conduire a une structure en nid d abeille avec l'utilisation du sulfure de carbone ou a des domaines allonges organises (type fibrilles) avec de l'o-dichlorobenzene Des tests en dispositifs photovoltaïques ont ete effectues Les performances restent modestes (Jsc de 5,8 uA cm 2, Voc de 0,52 V, FF de 023, sous une illumination monochromatique à 458 nm, 1 mW cm-2) mais l'utilisation de copolymeres a blocs montre un effet photovoltaïque et une amélioration des performances en termes de densité de courant par rapport a un mélange classique des deux composes (C60 et copolymere PPV-b P(S stat-CMS))The conjugated polymers can be used in many electronic (transistors) or optoelectronic (light-emitting diodes, photovoltaic cells) applications. As part of this innovation, we will focus on polymers dedicated to organic photovoltaics Several properties of polymers, in addition to the fact that they are easily implemented, are essential for obtaining high performance low-gap solar cells high oxidation potential and good charge transport These parameters govern the values of Voc, Jsc and FF which determine the efficiency of a solar cell. crucial parameters is the increase in the absorption of photons to increase the photocurrent This can of course be obtained by increasing the thickness of the active layer (but this solution is limited by the reduced mobility of the charge carriers and their time of short life) by extending the spectral absorption range of x and therefore by decreasing the HOMO-LUMO gap of the polymers The absorption of an active layer of a photovoltaic cell, based on P3HT and PCBM, absorbs UV up to approximately 650 nm In this case only 22.4% photons can be absorbed and converted into electricity However the solar spectrum is maximum around 700 nm and extends to the near infrared Improved performance is achieved by the use of polymers that absorb up to 800-1000 nm Another This approach consists in the use of block copolymers. These compounds consist of two thermodynamically incompatible polymer blocks. These two covalently bonded blocks are therefore immiscible. The use of such materials leads to the solid state at the spontaneous formation of separation domains. of highly ordered phases on the submicron scale of the order of 10 50 nm These organizations can be very complex It is mainly the molar masses of each of blocks which direct the morphology of the film and then lead to spheres, cylinders or lamellae These phase separation dimensions correspond to the dimensions necessary to have high conversion efficiencies in the active layers of the photovoltaic cells By developing block copolymers comprising an electron donor block and an electron acceptor block, these materials could lead to thermodynamically stable morphologies adapted for photovoltaic cells. Indeed one of the morphologies called "gyroid morphology" corresponds to two interpenetrating bicontinuous networks, the so-called "cylindrical" morphology Is also close to the ideal morphology of an active layer of photovoltaic cells. The presence of a strongly rigid conjugate block classifies these polymers in the family of rod-coil copolymers. First polymers were synthesized with a block of poly (p phenylene vmyl ene) (PPV) and a block of polystyrene (PS) functionalized with C60 Depending on the deposition solvent used and after heat treatment the morphology of the film can lead to a honeycomb structure with the use of carbon disulfide or Organized extended domains (fibril type) with o-dichlorobenzene Tests in photovoltaic devices were carried out The performances remain modest (Jsc of 5.8 uA cm 2 , Voc of 0.52 V, FF of 023, under one monochromatic illumination at 458 nm, 1 mW cm-2) but the use of block copolymers shows a photovoltaic effect and an improvement in performance in terms of current density compared to a conventional mixture of the two compounds (C60 and PPV copolymer). b P (S stat-CMS))
Le principe du mécanisme de contrôle et d'orientation des axes des cristaux liquides translucides faisant I objet de la présente application est base sur le fait que La technique d affichage utilisée dans les écrans plats à cristaux liquides ou encore cristaux transluc des est bien connues a ces jours et peuvent facilement être mise en œuvre avec des coûts très optimises à grande échelle Elle repose sur le changement de leurs propriétés optiques induit par un champ électrique Les cristaux liquides nematiques sont des composes organiques dont la molécule a la forme d'un bâtonnet , Du fait de fortes interactions inters moléculaires, ces molécules sont alignées entre elles Un film mince de cristal liquide nematique oriente se comporte alors comme un polanseur vis a vis de la lumière en changeant la direction d'orientation des molécules, on fait ainsi changer la direction de polarisation Pour mémoire, rappelons que les molécules composant le nematique ont une forme cylindrique, la plupart des propriétés caractéristiques des nematiques en découlent Ainsi, le fluide nematique diffère du liquide isotrope par l'alignement spontané des molécules La phase nematique naît de cet ordre d'orientation des molécules a grande distance, c'est un comportement collectif Loπentation moyenne des molécules est appelée le directeur ïlet est définie a π près Si la viscosité de la phase nematique est du même ordre de grandeur que celle de la phase liquide isotrope une forte anisotropie existe, la substance coule plus facilement lorsque l'écoulement est dans le sens du directeur que lorsqu'il est dans un plan perpendiculaire2 Dans ce dernier cas, l'écoulement peut tendre a modifier l'orientation du directeur L'étude de l'écoulement d'un nematique sous contrainte est appelée nematodynamique Le diagramme de phase classique est modifie, la phase nematique s'intercalant entre la phase liquide et la phase solide (ou/et une phase smectique le cas échéant), certaines substances possédant un point triple liquide-nematique-solide et d autres susceptibles d'accepter la phase nematique pour une pression nulle Distribution de I orientation des moléculesThe principle of the translucent liquid crystal axis control and orientation mechanism which is the subject of the present application is based on the fact that the display technique used in liquid crystal or translucent crystal displays is well known in the art. these days and can easily be implemented with highly optimized costs on a large scale It relies on the change of their optical properties induced by an electric field The nematic liquid crystals are organic compounds whose molecule has the shape of a stick, Because of the strong inter-molecular interactions, these molecules are aligned with each other. A nematic thin film of nematic liquid crystal orients then behaves like a polanser towards the light by changing the direction of orientation of the molecules, thus changing the direction of polarization For the record, let us recall that the molecules composing the nematic have a shape cylindrical, most of the characteristic properties of nematics derive from it Thus, the nematic fluid differs from the isotropic liquid by the spontaneous alignment of the molecules The nematic phase is born from this order of orientation of the molecules at great distance, it is a collective behavior Loπentation If the viscosity of the nematic phase is of the same order of magnitude as that of the isotropic liquid phase, a strong anisotropy exists, the substance flows more easily when the flow is in the sense of the director that when in a plane perpendicular 2 In the latter case, the flow may tend to change the orientation of the director The study of the flow of a nematic under stress is called nematodynamic The phase diagram The classical phase is modified, the nematic phase being inserted between the liquid phase and the solid phase (or / and a smectic phase). some substances possessing a liquid-nematic-solid triple point and others capable of accepting the nematic phase for zero pressure Distribution of the orientation of the molecules
L ordre d orientation se mesure en gênerai a partir du paramètre d'ordre Λ 1 ' * '" ~ DU φ est l'angle d une molécule avec le directeur et la mise entre crochet indique le calcul de la valeur moyenne sur un grand nombre de molécules Λ l'instar de la fonction de distribution, cette fonction possède une symétrie cylindrique suivant le directeur Dans un liquide isotrope, aucune direction n'est privilégiée, on obtient s=0 Dans le cas d'un parallélisme parfait des molécules, on aurait s=lThe order of orientation is measured in terms of the order parameter Λ 1 '*'"~ DU φ is the angle of a molecule with the director and the setting between the hook indicates the calculation of the average value over a large number of molecules Λ Like the distribution function, this function has a cylindrical symmetry according to the director In an isotropic liquid, no direction is preferred, we obtain s = 0 In the case of a perfect parallelism of the molecules, would have s = l
L expression d Oseen-Frank permet de traduire I énergie libre en fonction des distorsions spatiales des molécules dans le nematique L expression comprend quatre termes qui dépendent de l'orientation du directeur, cependant, le quatrième terme, dit « de surface » est néglige dans la majorité des cas L'expression de l'énergie libre par unité de volume s'écrit Le premier terme splay traduit les déformations en éventail du directeur, le second terme twist traduit les déformations en torsion du directeur, le troisième terme bend, traduit les déformations en courbure du directeurThe expression of Oseen-Frank makes it possible to translate the free energy according to the spatial distortions of the molecules in the nematic. The expression includes four terms which depend on the orientation of the director, however, the fourth term, called "surface", is neglected in the majority of cases The expression of the free energy per unit of volume is written The first term splay translates the deformations in fan of the director, the second term twist translates the deformations in torsion of the director, the third term bend, translates the bending deformities of the director
Les fils observes au microscope dans les nematiques sont des lignes de dislocation dans le fluide Pour comprendre les disinclinaisons il est possible d'utiliser I approximation d'élasticité isotrope on pose alors Kn = K22 = K33 = K L expression de l'énergie libre se simplifie et devient f — DDiissppoossiittiioonn ddeess mmoollééccuulleess ddaannss llee ccaass mm== 11//22 ^ 2A ^V "^ + ^V A "^The yarns observed under the microscope in the nematics are dislocation lines in the fluid To understand the disbeliefs it is possible to use the isotropic elasticity approximation we then set Kn = K 22 = K 33 = KL expression of the free energy simplifies itself and becomes f - DDiissppoossiosstioonn of mmoolléeccuulleess ddaannss llee ccaass mm == 11 // 22 ^ 2 A ^ V "^ + ^ VA " ^
On considère une ligne de dismclinaison le long de l'axe z le directeur étant contraint dans le plan (x,y), il fait un angle θ(x,y) avec l'axe x Dans ce reférentiel, le directeur TIa pour coordonnées (cos(θ), sιn(θ),O)We consider a line of dismlining along the axis z the director being constrained in the plane (x, y), it makes an angle θ (x, y) with the axis x In this reference, the director TIa for coordinates (cos (θ), sιn (θ), O)
L'expression se calcule alors en fonction de θ -' Ox d« Ox Λj _ 1W <>v - Disposition des molécules dans le cas m=l/2 Cette énergie libre est minimale lorsque Δθ = 0The expression is then calculated as a function of θ - 'Ox d' Ox Λj _ 1 W <> v - Arrangement of the molecules in the case m = 1/2 This free energy is minimal when Δθ = 0
Les solutions θ≈constante correspondent a un champ uniforme Les solutions sont du type θ≈ m φ + constante ou tg(φ) = y / x avec m entier ou demi entier (car le directeur est défini a π près), la constante correspondant a une rotation du directeur Cette équation permet de tracer les configurations du directeur correspondant aux différentes disinclinaisons observées, avec une singularité au centre L'énergie par unité de longueur de la distorsion s'écrit finalement = Knfπln(r/rc) ,
Figure imgf000010_0001
c est le rayon de coupure* s (de l'ordre de la dimension moléculaire) que l'on peut estimer en comparant l'énergie du nématique à celle de la phase isotrope. De plus, comme l'énergie libre dépend de m2, les configurations avec m petit sont plus favorables. L'anisotropie diélectrique4 dans les nématiques est à l'origine de la plupart des applications électrico- optiques. Les molécules composant le nématique sont particulièrement sensibles aux champs électromagnétiques. Elles portent un moment dipolairε (induit par le champ et/ou permanent, provenant de la différence de répartition des charges positives et négatives au sein de la molécule). En fonction de la valeur des coefficients de permittivité, les molécules tendent à s'orienter parallèlement ou perpendiculairement au champ électrique Ë et créent un champ de polarisation. Le champ de polarisation -^poîdes molécules alignées contrebalance, en partie, le champ initial β(comme dans un condensateur en présence d'un diélectrique). Si on identifie l'axe z avec celui du directeur, la matrice des constantes diélectriques s'écrit5 : \α ° ev Où ε2 est la constante diélectrique dans l'axe de la molécule (id. axe z ou axe du directeur). Le vecteur polarisation s'écrit (approximation du premier ordre) : P = eE ou (suivant ses composantes) : Pi = Σ εjEj j où le champ Ë possède des composantes Ex, Ey, Ez. Notons que le champ Ë n'est pas nécessairement aligné avec le vecteur polarisation (anisotropie : εt≠ ε2), ni initialement avec la molécule. Le couple exercé sur le directeur par le champ : £est : Ij ~ V ^ ^.
The solutions θ≈ constant correspond to a uniform field The solutions are of the type θ≈ m φ + constant or tg (φ) = y / x with m integer or half integer (because the director is defined π near), the corresponding constant a rotation of the director This equation makes it possible to draw the configurations of the director corresponding to the different disinclinations observed, with a singularity in the center The energy per unit of length of the distortion is written finally = Knfπln (r / r c ),
Figure imgf000010_0001
it is the cutoff radius * s (of the order of the molecular dimension) that can be estimated by comparing the energy of the nematic with that of the isotropic phase. Moreover, since free energy depends on m 2 , configurations with m smaller are more favorable. The dielectric anisotropy 4 in the nematic is at the origin of most electro-optical applications. The molecules composing the nematic are particularly sensitive to electromagnetic fields. They carry a dipole moment (induced by the field and / or permanent, coming from the difference of distribution of the positive and negative charges within the molecule). Depending on the value of the permittivity coefficients, the molecules tend to orient themselves parallel or perpendicular to the electric field Ë and create a polarization field. The polarization field - the aligned molecules - counterbalance, in part, the initial field β (as in a capacitor in the presence of a dielectric). If we identify the z axis with that of the director, the matrix of dielectric constants is written 5 : \ α ° e v Where ε 2 is the dielectric constant in the axis of the molecule (axis id z or axis of the director ). The vector polarization is written (approximation of the first order): P = eE or (according to its components): Pi = Σ εjEj j where the field Ë has components Ex, Ey, Ez. Note that the field Ë is not necessarily aligned with the vector polarization (anisotropy: ε t ≠ ε 2 ), nor initially with the molecule. The torque exerted on the director by the field: £ is: Ij ~ V ^ ^.
Les composantes du couple sont donc : (Fx = (εi - 82IEyE1, l" v = fe - εi)ExE2, rz = 0). Si la différence εz- ε_ est négative, le couple tend à aligner le directeur perpendiculairement au champ, si elle est positive, le directeur tend à s'aligner au champ. Plusieurs types de dispositifs à cristaux liquides connus sous les termes de " NCAP " (Nematic Curviliπearly Aligned Phases), ou " PDLC "The components of the pair are therefore: (F x = (εi - 8 2 IEyE 1 , l " v = fe - εi) E x E 2 , r z = 0) If the difference ε z - ε_ is negative, the pair tends to align the director perpendicular to the field, if it is positive, the director tends to align with the field Several types of liquid crystal devices known as "NCAP" (Nematic Curviliπearly Aligned Phases), or "PDLC"
(Polymer Dispersed Liquid Cristal) ou encore les polymères à cristaux liquides cholestériques, peuvent être envisagés. Tous ces systèmes nécessitent d'être équipés en amenées de courant venant alimenter des électrodes généralement sous forme de deux couches électroconductrices de par et d'autre de la couche ou des différentes couches actives du système. Ces couches électrocoπductrices (qui peuvent en fait être une superposition de couches) comportent communément une couche à base d'oxyde d'indium, généralement l'oxyde d'indium dopé à l'étain plus connu sous l'abréviation ITO. Ces couches peuvent être aisément déposées par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique, soit à partir d'une cible d'oxyde (pulvérisation non réactive), soit à partir d'une cible à base d'indium et d'étain (pulvérisation réactive en présence d'un agent oxydant du type oxygène). Une approche consiste à insérer, dans un empilement de couches d'oxyde, une couche métallique permettant d'améliorer la résistance surfacique de la couche électro conductrice. Cette couche métallique étant par ailleurs suffisamment fine pour conserver un bon niveau de transmission lumineuse. Cet empilement de type TCO : abréviation anglaise pour « Oxyde Transparent Conducteur » est destiné à être intégré dans un dispositif électrochimique de type électrochrome au sein duquel la couche de bloqueur métallique constitue une barrière à la diffusion des ions Li+ entre l'une des couches actives et la couche métallique. L'ensemble précité est généralement complétée par une couche à base d'oxyde conducteur transparent comme l'oxyde de zinc, ou l'oxyde d'indium dopé à l'étain. Notons qu'une structure d'empilement à contrôle énergétique incorporant une couche d'argent ou de cuivre avantageusement alliée avec un métal noble, pour lesquelles une protection à l'égard de la corrosion est obtenue par le revêtement d'une bicouche à base d'oxyde ou d'un mélange d'oxyde, par exemple de I1In2O3 et d'ITO ou ZnO2/ In2O3 et ITO. Dans le cas de l'utilisation du ZnO2, l'application en tant électrode est impossible du fait du caractère isolant de cet oxyde.(Polymer Dispersed Liquid Crystal) or the cholesteric liquid crystal polymers may be envisaged. All these systems need to be equipped with current leads supplying electrodes generally in the form of two electroconductive layers on either side of the layer or the various active layers of the system. These electrocoπductive layers (which may in fact be a layer superposition) commonly comprise a layer based on indium oxide, generally indium oxide doped with tin better known under the abbreviation ITO. These layers can be easily deposited by magnetic field assisted sputtering, either from an oxide target (non-reactive sputtering), or from an indium-tin target (reactive sputtering). presence of an oxidizing agent of the oxygen type). One approach is to insert, in a stack of oxide layers, a metal layer to improve the surface resistance of the electroconductive layer. This metal layer is otherwise thin enough to maintain a good level of light transmission. This TCO type: English abbreviation for "Conductive Transparent Oxide" is intended to be integrated into an electrochemical device of the electrochromic type in which the metal blocking layer constitutes a barrier to the diffusion of Li + ions between one of the active layers. and the metal layer. The aforementioned assembly is generally completed by a layer based on transparent conductive oxide such as zinc oxide, or indium oxide doped with tin. Note that an energy control stack structure incorporating a layer of silver or copper advantageously alloyed with a noble metal, for which protection against corrosion is obtained by coating a bilayer based on oxide or a mixture of oxide, for example I 1 In 2 O 3 and ITO or ZnO 2 / In 2 O 3 and ITO. In the case of the use of ZnO 2 , the application as an electrode is impossible because of the insulating nature of this oxide.
Par ailleurs, L'utilisation des tubes mésogènes permet de mettre en évidence certains aspects de cette invention. En effet ; Généralement les molécules qui constituent le fluide sont tellement petites et nombreuses que l'on peut les considérer comme des milieux continus. Des physiciens de Rennes (IPR), Saarbrϋcken, Saclay (Iramis/LLB) et Grenoble (ILL) ont démontré que certains fluides constitués de molécules allongées, dites mésogèneε, ne présentent plus les mêmes propriétés physiques si le diamètre du tube dans lequel on les place est de l'ordre de 10 nanomètres, soit trente fois le diamètre de ces molécules.Moreover, the use of mesogenic tubes makes it possible to highlight certain aspects of this invention. Indeed ; Generally, the molecules that make up the fluid are so small and numerous that they can be considered as continuous media. Physicists from Rennes (IPR), Saarbrϋcken, Saclay (Iramis / LLB) and Grenoble (ILL) have demonstrated that certain fluids made up of elongated molecules, called mesogenes, no longer have the same physical properties if the diameter of the tube in which they are place is of the order of 10 nanometers, or thirty times the diameter of these molecules.
Expérimentation a utilisé des canaux de plusieurs centaines de micromètres de longs, mais seulement 8 nm de diamètre, obtenus par attaque électrochimique de feuilles de silicium. Après oxydation de ces matériaux, ils ont obtenu des membranes de silice, parfaitement transparentes et percées d'une assemblée de nanocanaux. Par des mesures optiques, ils ont suivi les orientations préférentielles de molécules mésogènes, confinées par imprégnation dans les canaux. Ces molécules, impliquées dans la plupart des applications des cristaux liquides, s'alignent spontanément entre elles en dessous d'une température bien précise alors que leur orientation est quelconque au-dessus de cette température. En outre, des mesures de diffusion des neutrons faites au LLB et à l'ILL, ont montré que dans un canal, les mouvements de rotation et de translation des molécules sont modifiés et dépendent de manière importante de l'endroit précis de l'échantillon où se place la molécule. Ces modifications devraient avoir un effet important sur la viscosité du fluide et ses propriétés de transport. Nous observons également que ce type de fluide aide à l'orientation et le maintien des nanocristaux dans la fonction du suivi du soleil de la présente application.Experimentation used channels of several hundred micrometers long, but only 8 nm in diameter, obtained by electrochemical etching of silicon sheets. After oxidation of these materials, they obtained silica membranes, perfectly transparent and pierced with an assembly of nanochannels. By optical measurements, they followed the preferential orientations of mesogenic molecules, impregnated in the channels. These molecules, which are involved in most liquid crystal applications, spontaneously align with each other below a specific temperature, whereas their orientation is arbitrary above this temperature. In addition, neutron scattering measurements at LLB and ILL have shown that in a channel the rotational and translational motions of the molecules are altered and depend significantly on the precise location of the sample. where is the molecule. These changes should have a significant effect on the viscosity of the fluid and its transport properties. We also observe that this type of fluid helps orient and maintain the nanocrystals in the sun tracking function of the present application.
Une tension de référence intégrant IR et Lumière du milieu contrôlera la tension de polarisation des cylindres liquides de façon à assurer l'optimisation angulaire des cylindres avec la surface captive de la cellule recevant les rayons. »A reference voltage integrating IR and Light of the medium will control the polarization voltage of the liquid cylinders so as to ensure the angular optimization of the cylinders with the captive surface of the ray-receiving cell. "
DESCRIPTION DE L'INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
10000] Remarque préalable : La compréhension de cette innovation est simplifiée par la description des étapes majeures nécessaires dans la réalisation des cellules multi chambres destinées à piéger la plus grande énergie du spectre solaire avec un suivi du soleil lors de rotation de la terre pendant le jour. De ce fait, nous devons considérer que la réalisation des films photovoltaïques à bas coûts par des cellules CIGS ayant des performances passant de 15 % à plus de 60 % passe à fortiori par la considération des différents bonds technologiques sur les aspects process, procédées, matériaux et les étapes. Il peut donc comprendre plusieurs inventions d'un point de vu de réglementation de l'Institut national de la propriété industrielle et intellectuelle. Il ne s'agit pourtant que d'une seule invention débouchant sur un produit performant évitant ainsi plusieurs itérations dans la fabrication des cellules photovoltaïques en un temps minimal. Une indexation [5 chiffres] permet un repérage simple des chapitres traités dans cette application.10000] Preliminary remark: The understanding of this innovation is simplified by the description of the major steps necessary in the realization of the multi chamber cells intended to trap the greatest energy of the solar spectrum with a tracking of the sun during rotation of the earth during the day . Therefore, we must consider that the realization of low-cost photovoltaic films by CIGS cells with performances going from 15% to more than 60% passes even more by the consideration of the different technological leaps on the process, process, material aspects. and the steps. It can therefore include several inventions from a regulatory point of view of the National Institute of Industrial and Intellectual Property. However, this is only one invention leading to a powerful product thus avoiding multiple iterations in the manufacture of photovoltaic cells in a minimum time. An indexing [5 digits] allows a simple identification of the chapters treated in this application.
[10001] Un des avantages important de la présente invention réside dans la capture de l'énergie multi spectrale du rayonnement du soleil. Ce principe se traduit par la conception d'une cellule à trois compartiments capable d'absorber l'énergie de chaque spectre lors du passage des rayons lumineux. Le premier compartiment traversé par les rayons lumineux récupère les rayons ultra-violets (UV) et laisse passer le reste du spectre au deuxième compartiment qui piège le spectre des rayons visibles et laisse passer le spectre restant infrarouge (IR) vers le troisième compartiment. La chambre ainsi constitue une cellule de base (Multi Spectral Basic CeII ou MSBC).[0001] One of the important advantages of the present invention is the capture of the multi spectral energy of the sun's radiation. This principle results in the design of a cell with three compartments capable of absorbing the energy of each spectrum during the passage of light rays. The first compartment crossed by the light rays retrieves the ultraviolet rays (UV) and lets the rest of the spectrum to the second compartment that traps the spectrum of visible rays and lets the remaining infrared spectrum (IR) to the third compartment. The chamber thus constitutes a basic cell (Multi Spectral Basic CeII or MSBC).
Dans une autre disposition, un compartiment destiné à une plage du spectre lumineux peut être lui-même composé de plusieurs autres compartiments piégeant, un spectre précis ou la même bande spectrale. Afin de récupérer tous les photons du spectre solaire, la chambre est surmontée par une couche antireflet capable d'absorber 96 % de l'énergie lumineuse qui atteint la surface exposée de la chambre et cela sous une plage angulaire de 0 a 60* par rapport a la normale, soit un cône de 120°In another arrangement, a compartment for a range of the light spectrum may itself be composed of several other trapping compartments, a specific spectrum or the same spectral band. In order to recover all the photons of the solar spectrum, the chamber is surmounted by an antireflection layer capable of absorbing 96% of the light energy which reaches the exposed surface of the chamber and this under an angular range of 0 to 60 * relative to to normal, a cone of 120 °
L'ensemble est surmonte d'un dispositif de concentration optique qui comme son nom l'indique, concentre en un point, 300 a 1500 fois le rayon reçu en sa surface Les valeurs indiquées sont données a titre d'exemple et ne sont pas limitativesThe set is surmounted by an optical concentration device which, as its name indicates, concentrates at one point, 300 to 1500 times the radius received on its surface. The values indicated are given by way of example and are not limiting.
[10002] Pour décrire la réalisation d'une cellule multi spectrale de base de la présente application, nous devons considérer que la fraction spectrale effectivement utilisée par les cellules Si standards sont relativement faible comparé à la radiation solaire, l'approche basée sur la modification du spectre incident par conversion énergétique de photons apparaît pertinente Le principe de double ou de multiple chambre de capture a ete développe dans la demande de brevet 0804598 Les inventeurs se sont interesses aux travaux sur les films d'oxydes convenablement dopes pour des applications comme électrode transparente conductrice ou comme couches de conversion du spectre solaire dans le domaine du photovoltaique Le matériau principalement envisage est l'oxyde de titane, cependant, comme cite en § [00002], d autres oxydes pourront être également considère Les cellules multl spectrales qui ouvrent la voie vers des rendements élevés avec empilement mécanique ou monolithique de cellules « EgI > Eg2 > Eg3 » Chaque cellule convertit une bande spectrale et transmet le reste La compréhension de l'invention passe dans un premier temps par la description détaille de chaque élément constituant un compartiment donne a savoir[10002] To describe the realization of a basic multi-spectral cell of the present application, we must consider that the spectral fraction actually used by standard Si cells is relatively small compared to solar radiation, the modification-based approach The incident spectrum by energy conversion of photons appears relevant The principle of double or multiple capture chamber has been developed in patent application 080 4 598 The inventors have been interested in the work on oxides films suitably doped for applications such as conductive transparent electrode or as conversion layers of the solar spectrum in the field of photovoltaics The material mainly envisaged is titanium oxide, however, as mentioned in § [00002], other oxides may also be considered spectral multl cells that open the way to high yields with mechanical stacking or monolith of cells "EgI>Eg2>Eg3" Each cell converts a spectral band and transmits the rest The understanding of the invention goes first of all by the detailed description of each element constituting a compartment gives to know
1 Le compartiment de capture du spectre ultraviolets réalise par dopage de TιO2 consiste a convertir un photon incident dans l'UV- bleu en un photon dans le rouge (phénomène de « down shifting ») ou un photon dans l'UV-bleu en deux photons dans le rouge (phénomène de « down conversion ») Ce même principe est applique pour convertir deux photons dans l'infrarouge en un photon dans le rouge (phénomène d « Up conversion ») Pour atteindre un tel objectif l'utilisation d'ions terres rares dans une matrice a grand gap s impose1 The ultraviolet spectrum capture chamber by TιO2 doping consists of converting an incident photon in the UV-blue into a photon in the red ("down-shifting" phenomenon) or a photon in the UV-blue in two photons in the red (phenomenon of "down conversion") This same principle is applied to convert two photons in the infrared into a photon in the red (phenomenon of "Up conversion") To achieve such an objective the use of ions rare earths in a large gap matrix
Pour cette application, TiO2 est un matériau de choix du fait de son indice de refraction eleve son excellente transparence dans le visible sa faible énergie de phonon et sa grande stabilité chimique Le dopage de TιO2 par des ions terres rares ne conduit pas a des phénomènes de ségrégation même pour des taux de dopage importants (quelques %) De plus, I excitation des ions terres rares via des photons absorbes directement par le TιO2 (gap 3 2 eV), suivie du transfert d'énergie vers certains niveaux des ions terres rares (Nd ou Yb) est particulièrement efficace Ainsi le dopage de TιO2 par des ions Nd ou Yb permet d'envisager le « down shifting », le co-dopage par Tm et Yb est envisage pour le « down conversion », tandis que I' « Up conversion » est possible par le co dopage Er et Yb La croissance des films d oxydes est effectuée par ablation laser, une méthode de croissance particulièrement bien adaptée a la formation de films d'oxyde de composition complexe De plus, la croissance de ces films dans une large gamme de pression (1 - 10 mbar) d'oxygène permettra de contrôler la stcechiometπe des films d'oxydes, et par conséquent la concentration de porteurs et leur conductivite Les analyses par faisceaux d'ions (retrodiffusion élastique d'ions, dosage par reactions nucléaires) réalisées a l'accélérateur Van de Graaff, donnent la composition exacte des films Récemment, une publication de I Université de Franca de Brésil propose des dopages a base de pigment naturel du type « Mulberry Cyanidine » avec des transmittance dépassant 98 % pour IR ou UV (Publication Matériel Research vol 10, N4, 413-417,207 sous l'intitule "SoI-GeI TιO2 Thin Films Sensitized with the Mulberry Pigment Cyamdin" ) [10003] La description de la couche de capture des rayons visibles nous conduit naturellement a décrire la couche de CIGS/CIS Rappelons que les éléments les plus importants dans la réalisation de ce compartiment en couche mince sont La préparation de CIGS/CIS sous forme d'encre ou de poudreFor this application, TiO2 is a material of choice because of its high refractive index its excellent transparency in the visible its low phonon energy and its high chemical stability The doping of TιO2 by rare earth ions does not lead to segregation even for high doping levels (a few%) In addition, excitation of the rare earth ions via photons absorbed directly by TιO2 (gap 3 2 eV), followed by the transfer of energy towards certain levels of the rare earth ions ( Nd or Yb) is particularly effective Thus the doping of TιO2 by Nd or Yb ions makes it possible to envisage the "down shifting", the co-doping by Tm and Yb is envisaged for the "down conversion", while I " Up conversion is possible by the co doping Er and Yb The growth of the oxide films is carried out by laser ablation, a growth method particularly well suited to the formation of oxide films of complex composition. s, the growth of these films in a wide pressure range (1 - 10 mbar) of oxygen will make it possible to control the stoichiometry of the oxide films, and consequently the concentration of carriers and their conductivity. (elastic retrodiffusion of ions, determination by nuclear reactions) carried out with the accelerator Van de Graaff, give the exact composition of the films Recently, a publication of the University of Franca of Brazil proposes dopings based on natural pigment of the "Mulberry" type Cyanidine "with transmittance exceeding 98% for IR or UV (Publication Material Research vol 10, N4, 413-417,207 under the title" SoI-GeI TιO2 Thin Films Sensitized with the Mulberry Pigment Cyamdin ") [10003] The description of the capture layer of visible rays leads us naturally to describe the layer of CIGS / CIS Recall that the most important elements in the realization of this compartment in thin layer are the prepara CIGS / CIS in the form of ink or powder
La technique de dépôt et d'adhérence sur de grandes surfaces en conservant les performances réalisées sur de petits échantillons en laboratoire La stcechiometπe de la solution déposée La reproductibilite des procèdesThe technique of deposition and adhesion on large surfaces while maintaining the performances performed on small samples in the laboratory The stoichiometry of the deposited solution Reproducibility of the processes
[10004] Le processus d'impression par encre semble le plus fréquemment utilise Ce procède est brièvement illustre sur le diagramme (Figure 10 b) Les nanoparticules des oxydes mélanges du Cu, de In et de Ga avec un taux de mélange prédétermine du Cu/(ln+Ga) sont synthétises a l'aide des moyens chimiques appropries (décrit dans la demande de brevet n° 0806820) La poudre d'oxyde ainsi obtenu (Figure 10 c) est alors mélangée a une solution alcaline (Figure 10 a) pour l'obtention de l'encre déterminant les paramètres de la charge des particules (taille, secteur et surface) a l'aide des techniques standard (i e , précipitation) La rhéologie de l'encre peut être ajustée par le choix du dissolvant, du dispersant et des caractéristiques de particules de la poudre d'oxyde, des solides chargeant, du pH de l'encre et d'autres variables de suspension Par ailleurs , Les propriétés singulières des nanomateπaux sont influencées par deux paramètres la réduction du volume, et l'augmentation du rapport surface/volume Ces modifications confèrent des propriétés optiques spécifiques aux nanoparticules, et modifient également leurs propriétés magnétiques en rendant l'énergie d'amsotropie magnetocπstalline (proportionnelle au volume de la particule) prépondérante devant l'énergie thermique Ces propriétés particulières seront donc contrôlables en adaptant la taille des particules De ce fait, il est nécessaire d'avoir recours a des procèdes d élaboration permettant d ajuster la dimension des nanoparticules comme décrit dans la demande de brevet π° 0806820 Sachant que la plupart des étapes enumérees sur le diagramme (Figure 10 b) sont des procèdes « non sous vide » et ne nécessite que des équipements de mise en œuvre standard La metallisation des substrats par pulvérisation de Molybdène (Mo) est le seul procède sous vide utilisé après le dépôt d'une couche de Mo (d'environ 0 2 a 0 5 u.m) Ce procédé peut être réalisé par étape séparée et est généralement séquence indépendamment des procédures de production Pour nos couches intermédiaires autres types de metalllsations translucides du genre « ZnO ZnSe » sont utilisés (ref NANOSTRUCTURES BASED ON TWO BINARY H-Vl SEMINCONDUCTORS W C H Choy, C F Guo, K H Pang, Y P Leung, Department Of Electπcal and Electronic Engineering, University of Hong Kong Pokfulam Road Hong Kong, China) II existe également un nouveau principe de construction permettant de réduire les coûts Jusqu'à présent, l'électrode de la cellule photovoltaique était faite en oxyde d'indium etam (Indium Tm Oxyd ou ITO), car ce matériau est transparent mais reste relativement cher L alternative réside dans une électrode polymère peu conductrice transparente a une couche de métal très conductrice située sur la partie apposée de la cellule solaire, grâce à de nombreux petits trous dans la cellule Ce nouveau principe de construction permet d'utiliser des électrodes polymères transparentes bon marche Notons qu'a ce jour, les matériaux le plus fréquemment utilise dans le domaine des TCOs (Transparent Conductiπg Oxide) sont a base d'oxyde d indium (ITO) De nouveaux matériaux TCO sont donc a envisager, a cause du coût de plus en plus eleve de l'indium transparent Dans ce cadre l'oxyde de titane est un bon candidat pour permettre des applications grand public de l'électronique, grâce a son gap eleve (3 2 eV), sa très grande stabilité chimique et son dopage aise par divers éléments, qui peuvent lui conférer de nouvelles propriétés fonctionnelles En particulier certains dopants (Nb, Ta) induisent une forte conductivite dans ce matériau [10005] Actuellement, II existe des machines BTU8 (Massachυsette-USA) destinées a des sites de production en continue des films fins (thin film) des cellules photovoltaiques ainsi que des appareils d'impression a jet d'encre piézoélectrique DIMATIX® de FujiFilm® USA Le procède de fabrication a base d'encre par impression des cellules CIGS/CIS présente les avantages suivants[10004] The ink printing process seems to be the most frequently used This procedure is briefly illustrated in the diagram (Figure 10b) The nanoparticles of the mixed oxides of Cu, In and Ga with a predefined mixing ratio of Cu / (ln + Ga) are synthesized using the appropriate chemical means (described in patent application No. 0806820). The oxide powder thus obtained (FIG. 10c) is then mixed with an alkaline solution (FIG. 10 a). to obtain the ink determining the parameters of the charge of the particles (size, sector and surface) using the standard techniques (ie, precipitation) The rheology of the ink can be adjusted by the choice of the solvent, dispersant and particle characteristics of the oxide powder, loading solids, ink pH and other suspension variables Moreover, the singular properties of the nanomaterials are influenced by two parameters volume reduction, and the increase of the surface / volume ratio These modifications confer optical properties specific to the nanoparticles, and also modify their magnetic properties by making the energy of amosotropy magnetocπstalline (proportional to the volume of the particle) preponderant before the thermal energy These particular properties will be thus controllable by adapting the size of the particles Therefore, it is necessary to use development procedures for adjusting the size of the nanoparticles as described in patent application No. 0806820 Knowing that most of the steps listed on the diagram (Figure 10b) are "non-vacuum" processes and require only standard equipment for implementation Molybdenum (Mo) sputtering of substrates is the only vacuum process used after deposition of a layer of Mo (from about 0 2 to 0 5 μm) This process can be carried out step by step separated and is usually sequenced independently of production procedures For our intermediate layers other types of translational metalllsations of the kind "ZnO ZnSe" are used (ref NANOSTRUCTURES BASED ON TWO BINARY H-VI SEMINCONDUCTORS WCH Choy, CF Guo, KH Pang, YP Leung, Department of Electπcal and Electronic Engineering, University of Hong Kong Hong Kong Pokfulam Road, China) There is also a new construction principle to reduce costs So far, the electrode of the photovoltaic cell was made of indium oxide etam (Indium Tm Oxyd or ITO), because this material is transparent but remains relatively expensive The alternative lies in a polymer electrode which is not very conductive transparent to a layer of highly conductive metal located on the affixed part of the solar cell, thanks to many small holes in the cell This new construction principle allows the use of trans polymer electrodes It should be noted that to date, the materials most frequently used in the field of TCOs (Transparent Conductiπg Oxide) are based on indium oxide (ITO). New TCO materials are therefore to be considered, because of the cost higher and higher indium transparent In this context titanium oxide is a good candidate to allow consumer applications of electronics, thanks to its high gap (3 2 eV), its very high chemical stability and its doping by various elements, which can give it new functional properties In particular certain dopants (Nb, Ta) induce a strong conductivity in this material [10005] At present, there exist BTU 8 machines (Massachüsette-USA) intended for Continuous production sites for thin films of photovoltaic cells as well as FujiFilm ® USA DIMATIX ® piezoelectric inkjet printing devices The ink-based manufacturing process by i CIGS / CIS cell expression has the following advantages
1- Le contrôle de la stcechiometπe Cu, In, So2 (25 %, 25 %, 50 %) de la couche absorbante ayant pour résultat un rendement de processus eleve du fait que la stcechiometπe présente une forte absorption dans le visible et un gap voisin de 1 eV 2- Une plus faible consommation de la matière première liée au fait que lors de déposition, la totalité de la matière est déposée sur le substrat contrairement à d'autres techniques du genre co-évaporation où le dépôt de la matière est un pourcentage faible.1- The control of the Cu, In, So2 stoichiometry (25%, 25%, 50%) of the absorbent layer resulting in a high process yield because the stoichiometry exhibits a strong absorption in the visible and a neighboring gap from 1 eV 2- A lower consumption of the raw material related to the fact that during deposition, all of the material is deposited on the substrate unlike other co-evaporation type techniques where the deposition of the material is a low percentage.
3- Un coût plus bas de l'installation et en équipement de fabrication. 4- Maîtrise de l'épaisseur de dépôt.3- Lower cost of installation and manufacturing equipment. 4- Control of the deposit thickness.
5- Contrôle de la répartition en flux tendu et en continue avec système d'asservissement et de contrôle. L'effet combiné des attributs de ce procédé offre une fabrication peu coûteuse des cellules CIGS/CIS sous forme des modules flexibles, légers et très minces. Le point important dans la réalisation d'un tel assemblage est l'adhésion moléculaire par greffe ou implantation particulaires qui évite l'utilisation d'une substance adhésive. L'invention fournie un procédé d'assemblage de deux substrats par greffes ou implantation de particules dans un ou plusieurs films en alliage conducteur.5- Control of distribution in tense and continuous flow with servo and control system. The combined effect of the attributes of this process provides inexpensive CIGS / CIS cells in the form of flexible, lightweight and very thin modules. The important point in the realization of such an assembly is the molecular adhesion by graft or particle implantation which avoids the use of an adhesive substance. The invention provides a method of assembling two substrates by grafting or implanting particles into one or more conductive alloy films.
[10006] Dans cette invention, nous avons mis en place une technique d'implantation ionique pour déposer l'encre des particules CIGS/CIS sur une couche mince. Cette technique consiste à bombarder un matériau avec des ions accélérés à une certaine énergie, jusqu'à l'obtention du niveau souhaité sur la matrice en atomes déposés, toute en implantant quelques molécules enterrées dans le substrat créant ainsi le point d'accroché de la couche souhaitée sur le substrat (particules greffés). Le surplus pouvant provoquer alors la formation de particules dans une région de la surface cible en réalisant une couche mince de la cellule souhaitée. Ce procédé présente l'énorme avantage d'être très flexible par rapport aux autres méthodes et permet d'accéder à un nombre quasiment illimité de combinaisons particules/matrices. Grâce à cette méthode, il est dans une certaine mesure, possible de contrôler la concentration et la taille des précipités et des propriétés physiques peuvent ainsi être optimisées en vue de l'application particulière de dépôt des couches CIGS et TiO2 ainsi que leurs jonctions respectives et indispensables. Le système proposé par les inventeurs améliore la qualité de dépôt en éliminant les anomalies d'un système magnétron (réf. : comme décrit dans les brevets L)S 4 198 283, WO 2007/106732 ou WO 2005/090632). En effet ; si le plasma est généré en dehors de la chambre principale, dans une chambre annexe. Il est possible de générer un plasma stable avec une densité de 5.1013 ions/cm3. Des ions argons, générés dans le bras (chambre annexe], sont extraits par la combinaison d'une diffusion de la densité d'électrons et d'une diffusion ambipolaire, et introduits dans la chambre principale. Le champ électrique présent dans la chambre principale permet de contrôler rigoureusement la vitesse, donc l'énergie cinétique des ions argons. Le champ magnétique (créé, dans la chambre principale, par deux électro-aimants placés entre la sortie de la chambre annexe et la cible) permet d'orienter les ions argons sur la cible pour contrôler leur trajectoire.[10006] In this invention, we have implemented an ion implantation technique for depositing CIGS / CIS particle ink onto a thin layer. This technique involves bombarding a material with ions accelerated to a certain energy, until the desired level is obtained on the matrix of deposited atoms, while implanting some molecules buried in the substrate thus creating the point of attachment of the desired layer on the substrate (graft particles). The surplus can then cause the formation of particles in a region of the target surface by making a thin layer of the desired cell. This method has the enormous advantage of being very flexible compared to other methods and provides access to an almost unlimited number of particle / matrix combinations. Thanks to this method, it is to a certain extent possible to control the concentration and the size of the precipitates and physical properties can thus be optimized with a view to the particular application of deposition of the CIGS and TiO2 layers as well as their respective junctions and indispensable. The system proposed by the inventors improves the quality of deposition by eliminating the anomalies of a magnetron system (ref .: as described in Patents L) S 4 198 283, WO 2007/106732 or WO 2005/090632). Indeed ; if the plasma is generated outside the main chamber, in an adjoining room. It is possible to generate a stable plasma with a density of 5.1013 ions / cm3. Argon ions, generated in the arm (annex chamber), are extracted by the combination of electron density scattering and ambipolar diffusion, and introduced into the main chamber.The electric field present in the main chamber allows to control rigorously the velocity, thus the kinetic energy of the argon ions.The magnetic field (created, in the main chamber, by two electromagnets placed between the exit of the annexed room and the target) makes it possible to orient the ions let's argue on the target to control their trajectory.
Le découplage des actionneurs (champ électrique pour la vitesse, champ magnétique pour la trajectoire) offre une grande souplesse d'utilisation et de degrés de liberté du procédé. Un plasma de haute densité est généré dans le canon du lanceur dû aux forces exercées sur les électrons thermo-ioniques, à cause de l'interaction du champ électrique RF 13.56MHz et du champ magnétique statique issu de l'électro-aimant placé à la sortie du lanceur.The decoupling of the actuators (electric field for the speed, magnetic field for the trajectory) offers a great flexibility of use and degrees of freedom of the process. A high density plasma is generated in the launcher barrel due to the forces exerted on the thermionic electrons, due to the interaction of the 13.56MHz RF electric field and the static magnetic field from the electromagnet placed at the launcher exit.
L'activation de l'électro-aimant placé derrière la cible et ayant pour fonction de dévier les ions vers la cible entraîne une forte densité des ions argon, localisée directement sur la surface de la cible. Cela est dû à une combinaison de la diffusion des électrons (due à la diffusion de la densité électronique) et à la diffusion ambipolaire. L'énergie des ions Argon est faible (3OeV à 5OeV) et n'est pas suffisante pour pulvériser depuis la cible directement. L'application d'une polarisation DC à la cible accélère les ions argon le long du faisceau où ils entrent en collision avec la cible, libérant des atomes/ions/clusters et électrons secondaires. Cela permet de greffer la molécule dans le substrat cible. Avec le plasma généré à distance, et non sur la cible comme dans la pulvérisation Magnétron, cela n'exige pas d'aimants locaux derrière la cible et évite ainsi le développement de « tracé de course » plus connu sous le nom de « racetrack » à la surface de la cible. Le résultat en est : L'Utilisation élevée de la cible, due à l'érosion uniforme de la surface. - Réduction de l'empoisonnement de la cible : aucun besoin de DC puisé ou de procédé rétroactif, et des vitesses de dépôt beaucoup plus élevées de pulvérisation réactive des matériaux diélectriques, surtout comparées au procédé à Magnétron. Meilleure reproductibilité de la pulvérisation depuis des cibles multiples.Activation of the electromagnet placed behind the target and having the function of deflecting the ions towards the target causes a high density of argon ions, located directly on the surface of the target. This is due to a combination of electron scattering (due to scattering of electron density) and ambipolar scattering. Argon ion energy is low (30eV at 50eV) and is not sufficient to spray from the target directly. Applying a DC bias to the target accelerates the argon ions along the beam where they collide with the target, releasing atoms / ions / clusters and secondary electrons. This makes it possible to graft the molecule into the target substrate. With remotely generated plasma, not on the target as in the magnetron sputtering, this does not require local magnets behind the target and thus avoids the development of "racetrack" more commonly known as "racetrack" on the surface of the target. The result is: The high use of the target, due to the uniform erosion of the surface. - Reduction of target poisoning: no need for DC pulsed or retroactive process, and much higher deposition rates of reactive sputtering of dielectric materials, especially compared to the Magnetron process. Better reproducibility of spraying from multiple targets.
En outre, comme la génération du plasma est indépendante des aimants locaux placés derrière les cibles, la vitesse de déposition n'est pas affectée par la nature ferromagnétique de certaines cibles. Par conséquent, des vitesses de déposition élevées à partir de cibles ferromagnétiques sont possibles. Dans cette méthode, à l'Inverse de la méthode Magnétron, le substrat est placé en haut de la chambre à vide. Ainsi, seuls les atomes de la cible, qui ont l'énergie suffisante pour vaincre la gravité, viennent s'absorber sur le substrat, garantissant ainsi la qualité de l'implant et/ou du film déposé. En effet, un autre avantage de cette méthode est que les polluants de la chambre n'ont pas l'énergie cinétique suffisante pour atteindre le substrat et s'y absorber. La géométrie préférentielle pour le tube lanceur de plasma est du type perpendiculaire à la surface de substrat. Ce système permet un dépôt sur film en mouvement. Dans cette géométrie, le même tube de lancement plasma du système traditionnel est utilisé, mais une cible cylindrique est placée dans le « faisceau » du plasma. Cette géométrie offre plusieurs avantages : une utilisation plus efficace du plasma, aucune exigence pour mettre à l'échelle la source par rapport à la cible, une surface de dépôt plus importante et des vitesses de l'implant ou de dépôts plus élevées. Le faisceau plasma généré se compose d'une région de génération tubulaire où les électrons sont confinés magnétiquement (et responsable de la décharge lumineuse). Cette région de génération ne peut pas être interrompue, mais placer la cible dans cette région critique n'a aucun effet sur la propagation du plasma. Cette région a une haute densité en ions argon et amène un processus de pulvérisation très efficace.In addition, since the generation of the plasma is independent of the local magnets placed behind the targets, the deposition rate is not affected by the ferromagnetic nature of certain targets. Therefore, high deposition rates from ferromagnetic targets are possible. In this method, at the inverse of the magnetron method, the substrate is placed at the top of the vacuum chamber. Thus, only the atoms of the target, which have sufficient energy to overcome gravity, are absorbed on the substrate, thus ensuring the quality of the implant and / or deposited film. Indeed, another advantage of this method is that the pollutants of the chamber do not have sufficient kinetic energy to reach the substrate and absorb it. The preferred geometry for the plasma launcher tube is of the type perpendicular to the substrate surface. This system allows a deposit on moving film. In this geometry, the same plasma launch tube of the traditional system is used, but a cylindrical target is placed in the "beam" of the plasma. This geometry offers several advantages: more efficient use of the plasma, no requirement to scale the source relative to the target, a larger deposition area and implant speeds or higher deposits. The generated plasma beam consists of a tubular generation region where the electrons are magnetically confined (and responsible for the light discharge). This generation region can not be interrupted, but placing the target in this critical region has no effect on plasma propagation. This region has a high density of argon ions and provides a very efficient spraying process.
Cette chambre offre des vitesses de greffe ou de déposition encore plus grande que la chambre classique, allant jusqu'à 120 Cm/min pour de nombreux matériaux testés. Elle facilite aussi la manipulation de substrats de dimensions plus grandes. Pour une cible dont la longueur est de 60/60 cm, le système permet de former des couches à l'uniformité optimale de 40/40 cm sur des substrats. Dans le système linéaire, plusieurs générateurs de plasma peuvent également être disposés les uns à côté des autres dans des chambres indépendantes, permettant le dépôt de matériaux en multicouche. Pour augmenter la vitesse en flux tendu, nous alignons plusieurs têtes de greffe. Les effets observés lors des expérimentations correspondent aux résultats obtenus par un programme de simulation basé sur une méthode de Monte Carlo Cinétique.This chamber offers graft or deposition speeds even greater than the conventional chamber, up to 120 Cm / min for many tested materials. It also facilitates the manipulation of substrates of larger dimensions. For a target length of 60/60 cm, the system allows layers to be formed at the optimum 40/40 cm uniformity on substrates. In the linear system, several plasma generators can also be arranged next to each other in independent chambers, allowing the deposition of multilayer materials. To increase just-in-time speed, we align multiple graft heads. The effects observed during the experiments correspond to the results obtained by a simulation program based on a Kinetic Monte Carlo method.
[10007] Les inventeurs ont conçu une ligne de production basée sur le trio « Greffe, Impression, OPF ». Ce choix permet une solution à grand débit et en flux tendu appelé rouleau -à- rouleau qui permettra de fabriquer les cellules à couche mince du future. À ce jour, pour permettre une production en flux tendu, différentes techniques de dépôt en[10007] The inventors have designed a production line based on the trio "Greffe, Impression, OPF". This choice allows for a high throughput and flow-through solution called a roller-roll that will enable future thin-film cells to be manufactured. To date, to enable just-in-time production, various depositing techniques
« continue » sont mises en œuvre. Ces méthodes présentent un avantage d'être maîtrisé à faible vitesse mais leur débit an sortie est médiocre et peu rentable. D'où notre intérêt pour les méthodes continues à grand débit. En effet ; Afin d'augmenter la vitesse en sortie et la qualité des couches produites, les inventeurs ont sélectionné la méthode de séchage par Four à séchage optique (OPF). L'avantage de cette technique est que la sélection d'une lumière ayant un spectre particulier de fusion éclairant la surface épitaxie n'affecte pas thermiquement les zones proches (dans notre cas le film mince), dans ce cas l'encre sèche rapidement sans subir des modifications dans sa structure moléculaire. Cela est un avantage majeur de cette innovation comparé à l'art antérieur tell que décrit dans les brevets WO 2006/073437 ; WO 2006/033858. À ce jour aucun procédé industriel de production des cellules photovoltaïques à couche mince n'utilise l'impression par jet d'encre piézoélectrique avec la méthode de séchage optique basée sur la technique d'OPF. Une autre variante de cette couche de CIGS peut être réalisée par un choix judicieux de TiO2 en remplacement de CIGS pour les générations à venir des cellules photovoltaïques cette couche. Nous pouvons noter également que d'autres procédés à base de silicium nano structure en couche mince proposant des solutions hybrides hétérojonction (par gravitation) sont envisageables. [10008] La technique d'impression présentée dans cette application a pour but de déposer sur un substrat, un film aux caractéristiques contrôlées : épaisseur, uniformité, morphologie. D'autres variantes de cette technique sont l'impression avec encre à toner (ou avec tambour) et/ou par impression laser. Les inventeurs ont décidé de limiter les explications sur ces techniques variantes pour des raisons évidentes de l'existence de nombreuses publications sur l'état de l'art de ces variantes. Notons que la technique d'impression décrit dans la présente invention permet d'atteindre des vitesses allant de 30 à 45 m/minutes en flux tendu et cela sur une chaîne roll-to-roll. Cette vitesse est dépendante de certaines configurations lors de dépôts et assemblage des couches et les options constituantes du dispositif."Continue" are implemented. These methods have the advantage of being controlled at low speed but their output rate is poor and unprofitable. Hence our interest in high throughput continuous methods. Indeed ; In order to increase the output speed and the quality of the layers produced, the inventors have selected the drying method by optical drying oven (OPF). The advantage of this technique is that the selection of a light having a particular melting spectrum illuminating the epitaxial surface does not thermally affect the near areas (in our case the thin film), in this case the ink dries quickly without undergo changes in its molecular structure. This is a major advantage of this innovation compared to the prior art as described in WO 2006/073437; WO 2006/033858. To date, no industrial process for producing thin-film photovoltaic cells uses piezoelectric inkjet printing with OPF-based optical drying method. Another variant of this layer of CIGS can be achieved by a judicious choice of TiO2 instead of CIGS for future generations of photovoltaic cells this layer. We can also note that other nano-thin-film silicon-based processes offering hybrid solutions heterojunction (gravitation) are possible. [10008] The printing technique presented in this application aims to deposit on a substrate, a film with controlled characteristics: thickness, uniformity, morphology. Other variants of this technique are printing with toner ink (or drum) and / or laser printing. The inventors have decided to limit the explanations on these variant techniques for obvious reasons of the existence of numerous publications on the state of the art of these variants. Note that the printing technique described in the present invention can achieve speeds ranging from 30 to 45 m / minute in just-in-time and on a roll-to-roll chain. This speed is dependent on certain configurations during deposition and assembly of the layers and the constituent options of the device.
[10009] La compréhension des mécanismes de formation de la jonction CdS / CIGS peut se décomposer en deux étapes critiques successives :[10009] The understanding of the formation mechanisms of the CdS / CIGS junction can be broken down into two successive critical stages:
La première réside dans la préparation ultime de la surface de CIGS qui peut aboutir à des compositions superficielles variées.The first lies in the ultimate preparation of the CIGS surface which can lead to various surface compositions.
La seconde a trait à l'établissement de la jonction avec le CdS impliquant des phénomènes d'interaction chimique qui dépendent des conditions initiales sur la couche de CIGS.The second relates to the establishment of the CdS junction involving chemical interaction phenomena that depend on the initial conditions on the CIGS layer.
Ces deux étapes conditionnent les propriétés électroniques de l'interface et donc les performances de ce type de cellules solaires. Néanmoins ; un autre aspect de la présente invention est l'utilisation des solutions non toxiques pour remplacer la jonction Cds par Hydroxyde de Sulfure d'indium (ln2S3), déposé par la méthode de spray par exemple. Les avantages de cette équivalence sont longuement décrite dans le document « Lioudmila Larina, Ki Hwan Kim, Kyung Hoon Yoon, Byung Tae Ahn, Proceeding on Solar cells based on indium treated CIGS absorber. Advanced Institute of Science and Technolog, Department of Material Science and Engineering, Taejon, Korea, 305-701, 11-02-2003"These two steps condition the electronic properties of the interface and therefore the performance of this type of solar cells. However ; Another aspect of the present invention is the use of non-toxic solutions to replace the Cds junction with Indium Sulfide Hydroxide (In2S3) deposited by the spray method, for example. The benefits of this equivalence are extensively described in the document "Lioudmila Larina, Ki Hwan Kim, Kyung Hoon Yoon, Byung Tae Ahn, Proceeding on Solar Cells Based on Indium CIGS absorb. Advanced Institute of Science and Technology, Department of Material Science and Engineering, Taejon, Korea, 305-701, 11-02-2003 "
Un autre aspect de la présente invention est une fabrication de haute puissance et de faible poids pour une utilisation aussi bien dans l'espace que sur terre des cellules photovoltaïques. À cet effet, les inventeurs ont utilisé le procédé de fabrication des cellules CIGS sur film fin (ThinFilm) du type 'Kapton' ou 'Upilex' .Another aspect of the present invention is high power, low weight manufacturing for use both in space and on the ground of photovoltaic cells. For this purpose, the inventors have used the method of manufacturing thin film CIGS cells (ThinFilm) of the 'Kapton' or 'Upilex' type.
[10010] Les performances des cellules photovoltaïques ainsi constitué par la couche CIGS et Cds ou ln2S3 (globalement couche CIGS) sont conditionnées par la qualité de la surface de cette couche ainsi réalisée. Afin d'améliorer le rendement de notre couche CIGS, nous avons considéré de traiter la surface du conglomérat cristallisé avec les méthodes suivantes : - Traitement chimique sans impact environnemental ; Ce traitement est basé sur l'utilisation d'un décapage chimique de la surface du CIGS par une solution contenant du brome, connue pour permettre l'obtention d'une surface spéculaire, La surface a été analysée par profilométrie, MEB et XPS, permettant la détermination de la rugosité superficielle (jusqu'à 20 Â au lieu de 750 Â initialement), la vitesse de décapage (de 0,5 à 9 μm/min) ainsi que la nature chimique des espèces de surface. Cette réduction de la rugosité de surface par le traitement au Brome est significative, faisant passer celle-ci d'une' échelle submicrométrique à nanométrique en quelques secondes (de 75 nm à seulement 2 nm). Le traitement de décapage est par ailleurs parfaitement isotrope et indépendant de l'orientation cristalline. Notons que la vitesse de décapage dépend fortement de la concentration en Brome, et ne semble pas être tout à fait constante au cours du temps. Une étude détaillée a été consacrée à l'influence du bain de dépôt de CdS sur la surface du CIGS. Pour cela, une surface de CIGS a été plongée dans une solution contenant uniquement des ions Cd2+ en milieu ammoniaque, ce qui est équivalent au premier stade du dépôt, c'est-à-dire avant l'étape d'hydrolyse de la thiourée et donc de la formation du composé CdS. Les variations présentées ci- dessus sont évidemment reliées à celles des performances photovoltaïques. Des conditions optimisées de traitement de surface et de dépôt de CdS conduisent ainsi à des grandeurs caractéristiques comparables aux meilleures valeurs publiées : Facteur de forme FF et tension de circuit ouvert Voc jusqu'à 81% et 690 mV respectivement.The performance of the photovoltaic cells thus constituted by the CIGS and Cds or ln2S3 layer (overall CIGS layer) are conditioned by the quality of the surface of this layer thus produced. In order to improve the efficiency of our CIGS layer, we considered treating the surface of the crystallized conglomerate with the following methods: - Chemical treatment without environmental impact; This treatment is based on the use of a chemical pickling of the surface of the CIGS by a solution containing bromine, known to allow to obtain a specular surface. The surface was analyzed by profilometry, SEM and XPS, allowing the determination of the surface roughness (up to 20 Å instead of 750 Å initially), the etching rate (from 0.5 to 9 μm / min) and the chemical nature of the surface species. This reduction of the surface roughness by the Bromine treatment is significant, passing it from a submicron scale to a nanometer scale in a few seconds (from 75 nm to only 2 nm). The pickling treatment is otherwise perfectly isotropic and independent of the crystalline orientation. Note that the pickling speed is strongly dependent on the Bromine concentration, and does not seem to be quite constant over time. A detailed study has been devoted to the influence of the CdS deposition bath on the surface of the CIGS. For this, a surface of CIGS was immersed in a solution containing only Cd2 + ions in an ammonia medium, which is equivalent to the first stage of deposition, that is to say before the hydrolysis step of thiourea and hence the formation of the CdS compound. The variations presented above are obviously related to those of the photovoltaic performances. Optimized conditions of surface treatment and CdS deposition thus lead to characteristic quantities comparable to the best published values: FF form factor and Voc open circuit voltage up to 81% and 690 mV respectively.
Traitement au laser ; Le traitement de surface sur les Cellules CIGS à l'aide d'un laser puisé appelé aussi PLA (Pulsed Laser Annealing, sur les films et substrats munit de couche CIGS avec un rayon laser ayant une durée de 250ns et 308 nanomètres de longueur d'ondes avec une puissance de rayon laser choisies entre 30 et 110 mJ/cm2 montrent (par la lecture des résultats de XRD, de GIXD et de SEM) les changements extérieurs proches de la structure. La spectroscopie passagère de niveau profonde (Deep-Level Transient Spectroscopy ou DLTS) et les résultats de C-V prouvent que la densité de défaut a réduit par moitié après des traitements de PLA. La lecture des courbes XRD et GIXD montre également une efficacité plus importante de l'effet de traitement en diminuant l'angle incident. Les résultats du traitement de PLA sur film muni de cellule CIGS et la mesure de DLTS sont une alternative efficace pour augmenter le rendement des systèmes photovoltaïques. L'examen des propriétés structurales et électriques des films de ClGS de deux (2) sources différentes montrent clairement que le traitement a modifié la région extérieure proche. L'homogénéisation de la surface extérieur comme illustré dans les photos figure 5c, et la modification de crêtes de diffraction de CIGS/CdS de façon uniforme montre que la densité d'énergie de 70 mJ/cm2 pourrait être une valeur critique de PLA.Laser treatment; The surface treatment on CIGS cells using a pulsed laser also called PLA (Pulsed Laser Annealing, on films and substrates provided with CIGS layer with a laser beam having a duration of 250ns and 308 nanometers in length. waves with a laser beam power chosen between 30 and 110 mJ / cm2 show (by reading the XRD, GIXD and SEM results) the external changes close to the structure Deep-Level Transient spectroscopy (Deep-Level Transient) Spectroscopy or DLTS) and CV results show that the defect density has reduced by half after PLA treatments.The reading of the XRD and GIXD curves also shows a greater efficiency of the treatment effect by decreasing the incident angle The results of CIGS cell-based film PLA processing and DLTS measurement are an effective alternative for increasing the efficiency of photovoltaic systems. Electrical tees of ClGS films from two (2) different sources clearly show that the treatment has altered the near outer region. Homogenization of the outer surface as shown in Fig. 5c, and uniformly changing CIGS / CdS diffraction peaks, shows that the energy density of 70 mJ / cm 2 could be a critical value of PLA.
[10011] Un aspect innovant de la présente invention pour le dépôt de la couche Cds sur couche CIGS réside dans le dépôt de la couche Cds (ou ln2S3) sur la couche CIGS par électrodéposition. En effet ; dans cette application nous utilisons une technique de l'électrolyse par ajouts des électrodes provisoires sur ou sous la couche CIGS lors du passage de la couche dans un bain d'électrolyse (tell que décrit dans la demande de brevet d'invention 0803019) par FBD et FBR (Fluidized Bed Design et Fluidized Bed Reactor). Les électrodes peuvent être montées sur un tambour et se positionnent dans les champs, à la limite des séparateurs de zone lors de l'électrolyse. La solution alcaline contient ainsi un mélange des particules Cds et/ou des ions Cd2+, chargés positivement qui se déposera sur CIGS lors de l'activation des électrodes. Le pH de la solution alcaline est modifié pour augmenter la réaction de l'électrolyse lors de dépôt des particules Cds et/ou des ions Cd2+. Cette modification permet aussi de contrôler la stoechiométrie et la morphologie du film ainsi déposé. La réaction résultante est pratiquement similaire des résultats obtenue dans la publication ci-dessous où le dépôt par électrolyse semble uniforme et lisse et représente une très bonne qualité de film. En effet, ces publications sont de M. Figen KADIRGAN sur les "P ro p e rt i e s of E lect ro d e po s ited Ca d m i u m Su lfi de F i l m s fo r P h otovo lta i c D ev i c es w it h Co m p a ri s o n to Cd S F i l m s P re pa re d by Ot h e r M et h o d s " , Department of Chemistry, Istanbul Technica l University,80626, Maslak, -Istanbul-TU RKEY; de DuIi WlAO, Wenjie SONG, Tim OHNO, Department of Physics, Colorado School of Mines, Golden, 80401, Colorado-USA; et de Brian McCANDLESS, Institute of Energy 5 Conversion, Delaware University, Newark, DE 19716-USA (1998).An innovative aspect of the present invention for the deposition of the Cds layer on CIGS layer lies in the deposition of the layer Cds (or ln2S3) on the CIGS layer by electroplating. Indeed ; in this application we use a technique of electrolysis by adding temporary electrodes on or under the CIGS layer during the passage of the layer in an electrolysis bath (as described in patent application 0803019) by FBD and FBR (Fluidized Bed Design and Fluidized Bed Reactor). The electrodes can be mounted on a drum and positioned in the field at the boundary of the zone separators during electrolysis. The alkaline solution thus contains a mixture of Cd particles and / or positively charged Cd 2 + ions which will deposit on CIGS during activation of the electrodes. The pH of the alkaline solution is modified to increase the reaction of the electrolysis during deposition of Cd particles and / or Cd 2 + ions. This modification also makes it possible to control the stoichiometry and the morphology of the film thus deposited. The resulting reaction is substantially similar to the results obtained in the publication below where the electrolysis deposition appears uniform and smooth and represents a very good film quality. Indeed, these publications are from Mr Figen KADIRGAN on "P ro p erties o f Po rted S ectio n Ca dmium Su lfo fo r Fo il P fo otovo lta ic D ev ic es w ith Co mpa ry to Cd SF ilms P re pa re d by Ot her M and hods, "Department of Chemistry, Istanbul Technica l University, 80626, Maslak, Istanbul-TU RKEY; Duii WlAO, Wenjie SONG, Tim OHNO, Department of Physics, Colorado School of Mining, Golden, 80401, Colorado-USA; and Brian McCANDLESS, Institute of Energy Conversion, Delaware University, Newark, DE 19716-USA (1998).
Une variante de cette méthode est l'utilisation de la technique d'impression piézoélectrique à tête multiple et par jet d'encre montées sur une rampe. La largeur de la tête d'impression sur la chaîne de fabrication est souvent identique à la largeur du film à déposé telle que développée et décrite dans la présente invention. Cette variante possède l'avantage d'imprimer la couche de Cds (ou bien ln2S3) dans un contexte de flux tendu et rouleau - à - rouleau, toute en préservant le contrôle sur laA variation of this method is the use of the multi-head and inkjet piezoelectric printing technique mounted on a ramp. The width of the print head on the production line is often the same as the width of the deposited film as developed and described in the present invention. This variant has the advantage of printing the Cds layer (or ln2S3) in a context of tight flow and roller - to - roll, while preserving the control over the
10 qualité et l'épaisseur du film ainsi déposé.10 quality and the thickness of the film thus deposited.
[10012] Un des aspects innovant de la présente invention est la transformation calorifique en courant. II est important de noter que la récupération des calories et leur transformation en courants piézoélectriques électriques ont été traité dans la demande de brevet d'invention n° 09 00921 déposé le 2 Mars 2009 et est intégré par référence dans cette application. Ces courants ainsi collectés s'ajoutent au photocourants par un circuit simple de sommation connu par l'état deOne of the innovative aspects of the present invention is the heat transfer into a current. It is important to note that the recovery of the calories and their transformation into electric piezoelectric currents were treated in the patent application No. 09 00921 filed March 2, 2009 and is incorporated by reference in this application. These currents thus collected add to the photocurrents by a simple summation circuit known by the state of
15 l'art (confirmé par les travaux d'Adrien BADEL, Récupération d'énergie et contrôle vibratoire par éléments piézoélectriques suivant une approche non linéaire, thèse de Doctorale en Mécanique et Matériaux, École Doctorale de l'Université de Savoie, 2008). D'après les études du CNRS (document intitulé : « Les micro-sources d'énergie - Microsystème de gestion de l'énergie, auteur Carole Rossi, de LAAS-CNRS -Microsystème, p. 14, « la densité de puissance d'une cellule photovoltaïque lumière en μW/cm3 est sensiblement identique à la densité de puissance d'une cellule de surface équivalente équipé de générateur15 art (confirmed by the work of Adrien BADEL, energy recovery and vibration control by piezoelectric elements following a nonlinear approach, doctoral thesis in Mechanics and Materials, Graduate School of the University of Savoy, 2008). According to the CNRS studies (document entitled "Micro-energy sources - Microsystems of energy management, author Carole Rossi, LAAS-CNRS -Microsystem, page 14," the power density of a light photovoltaic cell in μW / cm3 is substantially identical to the power density of an equivalent surface cell equipped with a generator
20 Piézoélectrique » II est raisonnable de considérer que l'énergie ainsi convertie reste modulable et fonction de l'épaisseur de la couche piézoélectrique. Ainsi ce rendement est au moins équivalent de l'énergie du soleil reçu à la surface exposée des cellules photovoltaïques (quelques microns pour les cellules photovoltaïques comparées à une valeur modulable en micron pour piézo) . Ce chiffre de courant obtenu vient de se rajouter en bas du bilan énergétique global (rendement global) de la présente invention. On peut donc considérer que la solution proposée par les inventeurs, doubles, au minimum, lePiezoelectric It is reasonable to consider that the energy thus converted remains modulatable and a function of the thickness of the piezoelectric layer. Thus, this efficiency is at least equivalent to the energy of the sun received at the exposed surface of the photovoltaic cells (a few microns for the photovoltaic cells compared to a variable value in micron for piezo). This current figure obtained has just been added to the bottom of the overall energy balance (overall yield) of the present invention. We can therefore consider that the solution proposed by the inventors, double, at least, the
25 rendement globale des dispositifs photovoltaïque muni de couche générateur de convertisseur thermique en courant tout en produisant une évacuation thermique des cellules leur évitant une dégradation des performances causé souvent par l'augmentation de la température sur les cellules photovoltaïque. Notons qu'une variante des convertisseurs calorie/thermique en courant peut être des « thermocouples » qui peuvent remplacer les générateurs piézoélectriques. [10013] Un autre aspect innovant de la présente application est sa capacité de suivre le soleil dans la journéeThe overall efficiency of the photovoltaic devices provided with the current thermal converter generator layer while producing a thermal evacuation of the cells avoiding a degradation of performance often caused by the increase of the temperature on the photovoltaic cells. Note that a variant of current caloric / thermal converters may be "thermocouples" that can replace piezoelectric generators. [0013] Another innovative aspect of this application is its ability to follow the sun in the daytime
30 (décrite dans la demande de brevet d'invention 09 00921) toute en absorbant quasi-totalité des lumières visibles et invisibles, par un phénomène « antiréflexion », comprenant UV et IR, et ceci quel que soit l'angle d'incidence.30 (described in the patent application 09 00921) while absorbing almost all of the visible and invisible lights, by an "antireflection" phenomenon, comprising UV and IR, and this regardless of the angle of incidence.
Rappelons que la plupart des cellules photovoltaïque classique en silicium absorbent environs 67 % de la lumière du soleil qui l'atteint. Lumière potentiel ainsi perdu représente une barrière à l'augmentation du rendement des dispositifs photovoltaïques. Pour récupérer tous les photons du spectre solaire, il nous faut donc faire en sorte que la réflexion desRemember that most conventional photovoltaic silicon cells absorb about 67% of the sunlight that reaches it. Potential light thus lost represents a barrier to increasing the efficiency of photovoltaic devices. To recover all the photons of the solar spectrum, we have to make sure that the reflection of the
35 rayons incidents à Ia surface d'une cellule solaire soit éliminée. i Notons que pour une incidence oblique les coefficients de réflexion Fresnel simplifiés sont définit par :35 incident rays on the surface of a solar cell are eliminated. i Note that for an oblique incidence the simplified Fresnel reflection coefficients are defined by:
Le film nano structuré multicouche utilisé par les inventeurs permet l'absorption quasi totale (97 %) de l'énergie lumineuse qui atteint sa surface, et ceci pour toutes les longueurs d'ondes du spectre. Nous avons mesuré une réflexion Fresnel allant deThe nano structured multilayer film used by the inventors allows almost total absorption (97%) of the light energy that reaches its surface, and this for all the wavelengths of the spectrum. We measured a Fresnel reflection ranging from
40 seulement 1 % à environs 6.5 %, sur le spectre 320nm (UV) à 1600nm (IR). La couche absorbe en moyenne, plus de 96.5 % de la lumière sous une plage angulaire (par rapport à la normale de la couche) de 0 à 58°, soit un cône de 116°. Une variante du film antireflexion est composé de sept couches nano structurées pour s'approcher d'un profil d'indice de réfraction continu : Le contrôle précis de la porosité de ces différentes couches permet d'atteindre des indices de réfraction allant de n=1.09 à n=2.6 . Chaque couche possède une épaisseur particulière, les couches inférieures étant les plus fines et40 only 1% at around 6.5%, on the 320nm (UV) spectrum at 1600nm (IR). The layer absorbs, on average, more than 96.5% of the light under an angular range (relative to the normal of the layer) of 0 to 58 °, a cone of 116 °. A variant of the antireflection film is composed of seven nano-structured layers to approach a continuous refractive index profile: The precise control of the porosity of these different layers makes it possible to reach refractive indices ranging from n = 1.09 at n = 2.6. Each layer has a particular thickness, the lower layers being the finest and
45 ayant l'indice de réfraction le plus élevé, respectivement entre 69 nm et 156 nm d'épaisseur et entre n=2.6 et n=1.09 d'indice. Les deux couches inférieures sont en dioxyde de Titane (Ti02). Les trois couches centrales sont une combinaison de dioxyde de Silicium (SiO2) et de TÎO2 pour ajuster l'indicé de réfraction. Les deux couches supérieures sont faites de nano bâtons obliques de SiO2, accrochés au substrat par dépôt chimique en phase vapeur. Chaque couche, transmet la lumière tout en aidant à capturer la lumière qui aurait été reflétée par les couches inférieures. Le principe de ce phénomène est décrit dans la45 having the highest refractive index, respectively between 69 nm and 156 nm thick and between n = 2.6 and n = 1.09 index. The two lower layers are titanium dioxide (TiO 2). The three core layers are a combination of silicon dioxide (SiO2) and TiO2 to adjust the refractive index. The two upper layers are made of oblique nano sticks of SiO2, hooked to the substrate by chemical vapor deposition. Each layer transmits the light while helping to capture the light that would have been reflected by the lower layers. The principle of this phenomenon is described in
50 demande de brevet d'invention n° 0804598. En effet ; Le gradient d'indice et les bâtons obliques de la dernière couche permettent de minimiser drastiquement la réflexion Fresnel pour toutes les longueurs d'ondes et angles d'incidences, ce qui diffère totalement des traditionnels revêtements antiréflexion quart d'ondes (Chaque couche absorbe et réfléchit la lumière capturée entre les bâtonnets en les dirigeant vers la surface de la cellule photovoltaïque). Ce nouveau film peut être appliqué à pratiquement, tous les matériaux photovoltaïques, y compris les multi-jonctions Ml-V et Cadmium Telluride. Les50 patent application No. 0804598. Indeed; The index gradient and the oblique sticks of the last layer make it possible to drastically minimize the Fresnel reflection for all wavelengths and angles of incidence, which is totally different from traditional quarter-wave antireflection coatings (each layer absorbs and reflects the captured light between the rods by directing them towards the surface of the photovoltaic cell). This new film can be applied to virtually any photovoltaic material, including multi-junctions Ml-V and Cadmium Telluride. The
55 résultats obtenus sont une amélioration de 25 % de l'efficacité de conversion entre un revêtement classique « quart d'onde » et le film multi couches avec gradient d'indice. Cette caractéristique permet un suivi héliostat dans les deux axes X et Y. Rappelons que le procédé de suivi basées sur la technique des Nématiqυe Torsadé Traversant en cristaux liquides décrits dans la demande de brevet n° 09 O0921peut inclure la polarisation qui est une caractérisation des ondes décrivant l'orientation de leurs oscillations. Une fois polarisé, les ondes polarisées circulaires peuvent tourner à droite ou à gauche dans un sens définiThe results obtained are a 25% improvement in the conversion efficiency between a conventional "quarter wave" coating and the index gradient multi-layer film. This characteristic allows heliostat tracking in the two X and Y axes. It should be recalled that the tracking method based on the liquid crystal cross-linked nematic technique described in patent application No. 0900921 may include polarization, which is a characterization of the waves. describing the orientation of their oscillations. Once polarized, the circular polarized waves can turn to the right or left in a defined direction
60 (comme le sens du déplacement du soleil). Ces mouvements peuvent aussi être conjugués avec des propriétés chirales des polymères cristallines globalement présentés et définies par des ondes appelées « Chirality ».60 (as the direction of movement of the sun). These movements can also be conjugated with chiral properties of crystalline polymers globally presented and defined by waves called "chirality".
Notons qu'un autre aspect de la présente invention est l'utilisation des bâtonnets de cristal (ou nanocristaux) ou autres polymères ayant des caractéristiques Chiral de devenir un élément d'augmentation de rendement et d'efficacité par le suivi du soleil dans les deux axes X et Y. La combinaisons des techniques de suivi avec le film antireflet produit une amélioration deIt should be noted that another aspect of the present invention is the use of crystal rods (or nanocrystals) or other polymers having Chiral characteristics to become an element of increase in efficiency and effectiveness by tracking the sun in both. X and Y axes. The combination of tracking techniques with the anti-reflective film produces an improvement of
65 35 % le rendement des cellules photovoltaïques.65 35% the efficiency of photovoltaic cells.
La description de la figure 7 permet une meilleure compréhension de la présente invention :The description of FIG. 7 provides a better understanding of the present invention:
1. Film antireflet (du type ZnO:AI par exemple), permettant le passage quasi-totale de la lumière entrante. 2. Film de Filtre Horizontal, permettant le passage quasi-totale de la lumière entrante.1. Antireflection film (ZnO type: AI for example), allowing the almost total passage of incoming light. 2. Horizontal Filter Film, allowing almost total passage of incoming light.
3. Substrat comprenant le film en électrode commune (ITO) avec les hauts (bouts) horizontaux alignés suivant le filtre horizontal.3. Substrate comprising the common electrode film (ITO) with the horizontal tops aligned along the horizontal filter.
4. Cristaux liquides nématiques torsadés. 5. Substrat des électrodes JTO. La position des cristaux liquides est déterminée quand le système est mis sous tension.4. Twisted nematic liquid crystals. 5. Substrate of JTO electrodes. The position of the liquid crystal is determined when the system is turned on.
Cette tension permet de faire varier la position des cristaux liquides en fonction de la position du soleil. Elle est générée par un dispositif simple de transformation lumière en courant bien connu dans l'état de l'art. Les points (bouts) verticaux de sortie de lumière sont graves dans ia surface permettant l'alignement des cristaux liquides avec la lumière polarisante sur le point sensible de la couche absorbante. 6. Film de Filtre Vertical de Polarisation de lumière sortante.This voltage makes it possible to vary the position of the liquid crystals as a function of the position of the sun. It is generated by a simple light-current transforming device well known in the state of the art. The vertical light exit points (tips) are deep in the surface for aligning the liquid crystal with the polarizing light on the sensitive point of the absorbent layer. 6. Outgoing Light Polarization Vertical Filter Film.
7. Couche absorbante (particules).7. Absorbent layer (particles).
8. Couche photovoltaïque ou solaire de réception de lumière concentrée sortante.8. Photovoltaic or solar layer for receiving concentrated concentrated light.
9. Couche réfléchissante en nano prismes cristallins en option9. Reflective layer in optional crystalline nano prisms
[10014] Les Rayons X fournissent des moyens efficaces de contrôle d'homogénéités des cellules CIGS par le contrôle de dispersion fluorescent des matériaux au moyen des équipements du type « EDXRF » (Energy Dispersive X-ray Fluorescence) sur une ligne de production. En effet, pendant la production des cellules CIGS, le procédé de fabrication doit respecter une tolérance très aiguë sur l'épaisseur et la concentration atomique des mélanges Cu, In, Ga, Se définissant l'efficacité et le rendement des cellules photovoltaïque. Le système est souvent monté en fin d'une chaîne de production en ligne. Il paraît évident que le même système de contrôle EDXRF est applicable sur des chaînes de fabrication des films T1O2. Pour la caractérisation des cellules photovoltaïques à base des matériaux composés chalcogénures CuInGa(S, Se)2 (CIGS), Nous avons corrélé plus particulièrement les résultats de trois techniques : La spectroscopie d'admittanceX-rays provide effective means of controlling homogeneities of CIGS cells by controlling the fluorescent dispersion of the materials by means of the "EDXRF" (Energy Dispersive X-ray Fluorescence) type equipment on a production line. Indeed, during the production of CIGS cells, the manufacturing process must respect a very acute tolerance on the thickness and the atomic concentration of Cu, In, Ga, Se mixtures defining the efficiency and the efficiency of the photovoltaic cells. The system is often mounted at the end of an online production line. It seems obvious that the same EDXRF control system is applicable on T1O2 film production lines. For the characterization of photovoltaic cells based on CuInGa (S, Se) 2 chalcogenide compounds (CIGS), we correlated more particularly the results of three techniques: Admittance spectroscopy
Les mesures courant-tension dans une large gamme de température et La photoréponse spectrale. Nous pouvons citer ici deux résultats marquants :Current-voltage measurements over a wide temperature range and Spectral photoreponse. We can mention here two striking results:
Un type de défauts peu profond en énergie sondée par la spectroscopie d'admittance a été localisé dans le CIGS et non dans la couche tampon de CdS, etA type of shallow energy defects probed by admittance spectroscopy has been located in the CIGS and not in the CdS buffer layer, and
La mise en évidence d'un gap graduel à l'interface CdS/CIS lorsque l'absorbeur CIS est obtenu par électrodépôt. [10015] Un avantage de la présente invention consiste à transformer le courant résultant du dispositif photovoltaïque en courant du type WiFi, ondes électromagnétiques ou scalaires, assurant un transfert de l'énergie sans file. La figure 10 montre le principe de fonctionnement d'un dispositif photovoltaïque muni d'un système de transformation et de transmission par ondes scalaires. Ainsi le courant récupéré dans le module photovoltaïque est converti en ondes électromagnétiques et puis cette onde est transmise par une couche fine émettrice vers une autre couche mince réceptrice avant sa transformation en courant. Une bobine de cuivre reliée, aux courants électriques traditionnels via une prise crée un champ magnétique. Ce champ magnétique influence sans contact une autre bobine de cuivre similaire et y crée un courant électrique qui peut allumer une ampoule. C'est exactement ce qui se passe incidemment dans un transformateur entre le circuit primaire dans lequel circule le courant en provenance du réseau et le secondaire dans lequel est induit un second courant, le tout sans contact filaire entre les deux circuits. C'est ainsi donc que les inventeurs ont considéré l'intégration de cette technologie dans le substrat ou le support des cellules solaires photovoltaïques (sous couche de métallisation Mo par exemple) et ceci dans une production en flux tendu rouleau - à - rouleau. Une variante de cette innovation consiste à utiliser une des couches conductrices (Mo par exemple) avec un motif spiral ou encore un motif générateur des ondes électromagnétique, WiFi ou Scalaire (ces ondes n'interfèrent en rien les performances photovoltaïques attendues de la présente invention). Cela permet à court terme de récupérer l'énergie sans câblage électrique entre les panneaux, de recharger les appareils de stockage ou d'alimenter les réseaux. Il va de soit que le système peut également charger tout appareil portatif (téléphone portable par exemple) sans avoir à le brancher, ou dans un habitat sans avoir le branchement des appareils d'électroménagers ni de prise électrique mais seulement des murs et des plafonds inducteurs.The demonstration of a gradual gap at the CdS / CIS interface when the CIS absorber is obtained by electrodeposition. An advantage of the present invention consists in transforming the current resulting from the photovoltaic device into WiFi type current, electromagnetic or scalar waves, ensuring a transfer of energy without a line. FIG. 10 shows the operating principle of a photovoltaic device equipped with a scalar wave transformation and transmission system. Thus the current recovered in the photovoltaic module is converted into electromagnetic waves and then this wave is transmitted by a thin emitting layer to another receiving thin layer before its transformation into current. A copper coil connected to traditional electric currents via a socket creates a magnetic field. This magnetic field unintentionally influences another similar copper coil and creates an electric current that can ignite a light bulb. This is exactly what happens incidentally in a transformer between the primary circuit in which the current flows from the network and the secondary into which is induced a second current, all without wire contact between the two circuits. Thus, the inventors have considered the integration of this technology into the substrate or the support of photovoltaic solar cells (underlayer Mo metallization for example) and this in a production in tension roll-to-roll. A variant of this innovation consists in using one of the conductive layers (Mo for example) with a spiral pattern or else a generating pattern of the electromagnetic, WiFi or Scalar waves (these waves do not interfere with the expected photovoltaic performances of the present invention) . This allows in the short term to recover the energy without electrical wiring between the panels, to recharge the storage devices or to feed the networks. It goes without saying that the system can also charge any portable device (mobile phone for example) without having to connect it, or in a habitat without the connection of appliances or electrical outlet but only walls and ceilings inductors .
AVANTAGES DE L'INVENTION Les principaux avantages remarquables de la présente invention sont :ADVANTAGES OF THE INVENTION The main outstanding advantages of the present invention are:
I- Amélioration de rendement des rayons absorbés par l'ajout de couche anti-reflet et de contrôle de lumière réfléchie. 2- Système du suivi du soleil ou héliostat dans les deux axes X et Y, intégré au dispositif.I- Improved efficiency of absorbed rays by adding anti-reflective layer and reflected light control. 2- Sun tracking system or heliostat in both X and Y axes, integrated into the device.
3- Augmentation du rendement énergétique des cellules multi spectrales photovoltaïques par multiple chambre de capture ainsi que le compartiment de capture calorifique et/ou piézoélectrique en couche mince,3- Increasing the energy efficiency of multi spectral photovoltaic cells by multiple capture chamber and the heat capture compartment and / or piezoelectric layer,
4- Préparation et/ou le prétraitement du support ou du substrat par greffe (implants) des particules avant l'application de la couche mince destinée à former un compartiment, indispensable pour créer le point d'attache (ou d'accroché) de la couche à déployer,4- Preparation and / or pretreatment of the support or substrate by grafting (implants) of the particles before application of the thin layer intended to form a compartment, which is essential for creating the point of attachment (or hooking) of the layer to deploy,
5- Création des couches particulaires sur le substrat déjà greffé ayant une épaisseur précise.5- Creation of the particulate layers on the already grafted substrate having a precise thickness.
6- Optimisation des procédés existants de dépôt et de contrôle pour encre CIGS / CIS6- Optimization of existing deposit and control processes for CIGS / CIS ink
7- Augmentation du rendement des cellules CIGS par traitement de surface et des couches cristallines.7- Increased yield of CIGS cells by surface treatment and crystalline layers.
8- Impression sur substrat préalablement greffé. 9- Utilisation des dispositifs d'impression en jet d'encre à base des piézoélectriques.8- Printing on substrate previously grafted. 9- Use of piezoelectric inkjet printing devices.
10- Dispositifs photovoltaïques sur film fin, pour milieux extrêmes.10- Photovoltaic devices on thin film, for extreme environments.
II- Avantages économiques prépondérants liés à l'utilisation de matériaux de grande disponibilité et peu cher (exemple DiOxyde de Titane Ti02).II- Major economic advantages related to the use of materials of high availability and inexpensive (example Titanium Oxide TiO 2).
12- Plus grande acceptabilité environnementale du dispositif photovoltaïque par l'utilisation d'élément non toxique du type Sulfure d'Indium.12- Greater environmental acceptability of the photovoltaic device by the use of non-toxic element of the Indium Sulfide type.
13- Diminution des coûts énergétique lors de la production.13- Reduced energy costs during production.
14- Contrôle en temps réel de la dispersion des matériaux des cellules produites.14- Real-time control of the dispersion of the materials of the cells produced.
15- Économies en coût par une diminution de la quantité des matériaux (utilisation des nano particules résultant en une diminution des couches) et des techniques de dépôt (quasi-totalité des matériaux déposés). 16- Un système de production en flux tendu et en continue sous forme de « rouleaux à rouleaux », à grande vitesse.15- Cost savings by a decrease in the quantity of materials (use of nano particles resulting in a reduction of layers) and deposition techniques (almost all deposited materials). 16- A continuous flow production system in the form of "roller rollers" at high speed.
17- Performance du produit industrialisé égalant les résultats obtenus en laboratoire. 18- Capacité de transformer les calories en courant à travers une couche piézoélectrique et/ou de réguler la température de la cellule photovoltaïque17- Performance of the industrialized product equaling the results obtained in the laboratory. 18- Ability to transform calories into current through a piezoelectric layer and / or regulate the temperature of the photovoltaic cell
19- Capacité de transformation et optimisation des procédés de transmission d'énergie sans files par WiFi, EM (électromagnétique) ou OS {Ondes scalaires) intégré au dispositif. 20- Modularité de composition des chambres de capture d'où l'adaptabilité du dispositif aux matériaux le plus abondamment disponible.19- Capacity of transformation and optimization of energy transmission processes without files by WiFi, EM (electromagnetic) or OS {Scalar waves) integrated in the device. 20- Modularity of the composition of the capture chambers, hence the adaptability of the device to the materials most abundantly available.
21- Capacité de réalisation en flux tendu et en continue de compartiment de capture par bande spectrale. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES21- Performance capacity in a continuous flow and continuous capture compartment by spectral band. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
L'ensemble des figures décrivant les différents points du système à travers les figures 1 à 8, et qui sont la représentation schématique et les détailles d'un système comprenant une série de cellules photovoltaïques destinée à la production de l'électricité faisant l'objet de la présente invention.The set of figures describing the different points of the system through FIGS. 1 to 8, and which are the schematic representation and details of a system comprising a series of photovoltaic cells intended for the production of electricity being the object of the present invention.
Figure 1 représente une chaîne de production rouleaux- à - rouleaux faisant l'objet de la présente invention. Figure 2 représente un procédé de fabrication de l'encre CIGS faisant l'objet de la présente invention.Figure 1 shows a roller-to-roll production line subject of the present invention. Figure 2 shows a method of manufacturing CIGS ink subject of the present invention.
Figure 3 représente Les étapes d'implant (ou de greffe) par bombardement plasma telle que décrit dans la présente invention. Figure 4 représente les compartiments multi spectral Ultraviolet, Visible et Infrarouge photovoltaïque destinés à capture des rayons visibles et invisibles.Figure 3 shows the plasma bombardment implant (or graft) steps as described in the present invention. Figure 4 represents the multi spectral compartments Ultraviolet, Visible and Infrared photovoltaic intended for capturing visible and invisible rays.
Figures 5a - 5d représentent les différents traitements de surface ainsi que le dépôt de la couche de jonction Cds.Figures 5a-5d show the different surface treatments and the deposition of the Cds bonding layer.
Figure S représente une photo instantanée des rayons X du Spectre typique des composées de cellules CIGS sur un film (dépendant de leur valeur stichométrie). La concentration des matériaux correspond à une épaisseur de couche de CIGS de 2.7 μm et d'un contact Mo de 0.7 μm. Figure 7 représentent le système de suivi du soleil tel que décrit dans la présente invention.Figure S represents a snapshot X-ray image of the typical spectrum of CIGS cell composites on a film (depending on their stichometric value). The material concentration corresponds to a CIGS layer thickness of 2.7 μm and a Mo contact of 0.7 μm. Figure 7 shows the sun tracking system as described in the present invention.
Figure 8 représente le principe de l'impression par le jet d'encre piézoélectrique de la présente invention. Figure 9 représente la réponse spectrale de la transmittance des couches TiO2 dopées pour UV et IRFigure 8 shows the principle of piezoelectric inkjet printing of the present invention. FIG. 9 represents the spectral response of the transmittance of the doped TiO 2 layers for UV and IR
Figure 10 représente le principe de la transformation des courants issus du dispositif solaire en ondes électromagnétiques sans file. Il est à noter qu'une couche absorbante telle que décrite dans les § [00100] à [10006], est généralement constituée soit : - D'un matériel non organique du groupe (TiO2) ou TiO2 nanocristalline, (ZnO), (CuO or Cu2O ou CuxOy), (ITO), (CdSe), (CdS), (Cu2S),Figure 10 shows the principle of transforming the currents from the solar device into electromagnetic waves without a line. It should be noted that an absorbent layer as described in [00100] to [10006], generally consists of either: - An inorganic material of the group (TiO 2 ) or TiO 2 nanocrystalline, (ZnO), (CuO or Cu 2 O or Cu x Oy), (ITO), (CdSe), (CdS), (Cu 2 S),
(CdTe), (CdTeSe), (CuInSe2), [CdOx), CuI, CuSCN, ou encore un matériel semiconducteur ou une combinaison quelconques ci-dessus et/ou,(CdTe), (CdTeSe), (CuInSe 2 ), [CdO x ), CuI, CuSCN, or any semiconductor material or combination above and / or,
D'un matériel organique du groupe : Polymères conjuguées, poly(phenylène) et ses dérivées, ρoly(phenylene vinylene) et ses dérivées (e.g., poiy(2-methoxy-5-(2-ethyl- hexyloxy)-l,4-phenylene vinylene (MEH-PPV), polyfpara-phenylene vinylene), (PPV)), PPV copolymers, poly(thiophene) et et ses dérivées {e.g., poly(3-octylthiophene-2,5,- diyl), regioregular, poly(3-octylthiophene-Of an organic material of the group: Conjugated polymers, poly (phenylene) and its derivatives, ρoly (phenylene vinylene) and its derivatives (eg, poly (2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4 phenylene vinylene (MEH-PPV), polyfpara-phenylene vinylene), (PPV)), PPV copolymers, poly (thiophene) and and its derivatives (eg, poly (3-octylthiophene-2,5-diyl), regioregular, poly (3-octylthiophene-
2,5,-dlyl), reglorandom, Poly(3-hexylthiophene- 2,5-diyl), regioregular, poly(3-hexylthiophene-255-diyl), regiorandom), poly(thienylenevinylene) et ses dérivées, et poly(isothianaphthene) et ses dérivées, 2,27,7'tetrakls(N,N-di-p-methoκyphenyl- amine)-9,9'-spirobifluorene(spiro-Me OTAD), polymères organométallique, polymères contenant pérylène, poly(squaraines) et ses dérivées, et cristaux liquides discotiques, pigments organique ou dyes, dye à base de Ruthénium, iodide/triiodide électrolyte liquide, azo-dyes avec azo chromophores (-N=N-) reliant le groupe aromatique, phthalocyanines comprenant metal-tree phthalocyanine; (HPc), perylènes, les dérivées de perylène, pthalocyanines de Cuivre (CuPc), Zinc Pthalocyanines (ZnPc), naphthalocyanines, squaraines, mérocyanines et ses dérivées respectives, poly(silanes), poly(germinates), 259-Di(pent-3-yl)- anthra[2, 1 ,9-def:6,5, 10-d'e'f ]diisoquinoline-l ,3,8, 10- tetrone, et 2,9-Bis-(l-hexyl-hept-l-yl)-anthra[2,l,9-def:6,5,10- d'eTjdiisoquinoline- 1,3,8, 10-tetrone et pentacène, les dérivées de pentacène et/ou ses précurseurs, un type-N échelle polymère, poly(échelle benzimidazobenzophenanthroline) (BBL), ou,2.5, -dlyl) reglorandom, Poly (3-hexylthiophene- 2,5-diyl), regioregular, poly (3-hexylthiophene-2 5 5-diyl), regiorandom), poly (thienylenevinylene) and its derivatives, and poly (isothianaphthene) and its derivatives, 2,27,7'tetrakls (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9'-spirobifluorene (spiro-Me OTAD), organometallic polymers, polymers containing perylene, poly (squaraines) and its derivatives, and discotic liquid crystals, organic or dyes pigments, dye based on Ruthenium, iodide / triiodide liquid electrolyte, azo-dyes with azo chromophores (-N = N-) connecting the aromatic group, phthalocyanines comprising metal phthalocyanine; (HPC), perylenes, derivatives of perylene, pthalocyanines of copper (CuPc), Zinc Pthalocyanines (ZnPc), naphthalocyanines, squaraines, merocyanines and their respective derivatives, poly (silanes), poly (germinates), 2 5 9-Di ( pent-3-yl) anthra [2,1,9-def: 6,5,10-dif] diisoquinoline-1,3,8,10-tetrone and 2,9-bis-1 1H-hexyl-hept-1-yl) -anthra [2,1,9-def: 6,5,10-eTdi diisoquinoline-1,3,8,10-tetrone and pentacene, the pentacene derivatives and / or its precursors, a type-N polymer scale, poly (benzimidazobenzophenanthroline scale) (BBL), or,
D'une couche non-silicium et/ou silicium amorphe et/ou matériel inorganique et/ou matériel organique et/ou du groupe oligomérique, silicium micro cristalline, nanorods inorganique dispersé dans une matrice organique, tetrapods inorganique dispersé dans une matrice organique, nanomatériaux quantum dots, polymère gels ionique conducteur, nano composées de sol- gel comprenant un liquide ionique, conducteurs ioniques, des Trous conducteur organique à faible poids moléculaire, C6o et/ou autres molécules minuscules ou encore ou une combinaison quelconques ci-dessus, et/ou un des éléments suivants : Une couche nano structurée ayant un tamplate inorganique poreux remplit avec des matériaux organiques (dopé ou non dopé), une architecture cellulaire polymère/blend, une architecture cellulaire microcristalline de silicium. Ou d'une combinaison des éléments précités.Of a non-silicon layer and / or amorphous silicon and / or inorganic material and / or organic material and / or oligomeric group, micro-crystalline silicon, inorganic nanorods dispersed in an organic matrix, inorganic tetrapods dispersed in an organic matrix, nanomaterials quantum dots, nano-conductive ionic polymer gels composed of sol-gel comprising ionic liquid, ionic conductors, low molecular weight organic conductive Holes, C 6 o and / or other minute molecules or any combination hereinbefore, and / or one of the following: A nano-structured layer having a porous inorganic tamplate filled with organic materials (doped or undoped), a polymer / blend cellular architecture, a microcrystalline silicon cell architecture. Or a combination of the above.
Travaux et études sur certains aspects des nanocristaux nous intéressant dans la présente application sont décrits dans les publications suivantes : « Investigation of Nanostructure-Polymer Blend Solar CeIIs, Susan Huang, Harry Efstathiadis, Pradeep Haldar, Collège of Nanoscale Science & Engineering, Albany, NY, 12203, Hee-Gyoun Lee, Korean Polytechnic University, Siheung, Korea, and,Brian Landi§ and Ryne P. Raffaelle, Rochester Institute of Technology, Rochester, NY, 14 (2004) » et « Awos Al Salman, Spectroscopy and Kinetic Studies of Electron- HoIe Recombiπation in CdSe Nanopartides: Effect of Size, Shape, and Lattice Structure, ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE UUSANNE (2007) », et « Semiconductor Nanorod Liquid Crystals Liang-shi Li, Joost Walda, Liberato Manna and A. Paul Alivisatos, Department of Chemistry University of California, Berkeley Berkeley, CA 94720 USA, Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 1 Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720 (2001) »Work and studies on certain aspects of nanocrystals of interest to us in this application are described in the following publications: Investigation of Nanostructure-Polymer Blend Solar CeIIs, Susan Huang, Harry Efstathiadis, Pradeep Haldar, College of Nanoscale Science & Engineering, Albany, NY , 12203, Hee-Gyun Lee, Korean Polytechnic University, Siheung, Korea, and Brian Landi§ and Ryne P. Raffaelle, Rochester Institute of Technology, Rochester, NY, 14 (2004) "and" Awos Al Salman, Spectroscopy and Kinetic Studies of Electron- HoIe Recombiπation in CdSe Nanoparticles: Effect of Size, Shape, and Lattice Structure, UUSANNE'S FEDERAL POLYTECHNICAL SCHOOL (2007) ", and" Semiconductor Nanorod Liquid Crystals Liang-shi Li, Joost Walda, Liberato Manna and A. Paul Alivisatos, Department of Chemistry University of California, Berkeley Berkeley, CA 94720 USA, Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 1 Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720 (2001) »
Notons par ailleurs que la réalisation de la couche génératrice des ondes OS, EM ou WiFi), telle que décrit dans les § [00015] et [10015] est facilement réalisable à l'aide des micro sillons (sous forme spirale par exemple) dans une couche mince faisant partie intégrante (ou en ajout par couche supplémentaire) du dispositif photovoltaïque. DESCRIPTION DÉTAILLES DE L'INVENTION AVEC DES FIGURESNote also that the realization of the OS, EM or WiFi wave generating layer, as described in [00015] and [10015], is easily achievable using micro grooves (in spiral form for example) in a thin layer forming an integral part (or added by additional layer) of the photovoltaic device. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION WITH FIGURES
Pour une compréhension complète de la présente invention, nous allons détailler l'ensemble des figures décrivant les différents points du système.For a complete understanding of the present invention, we will detail all the figures describing the different points of the system.
Selon l'invention, et comme indiqué à travers de la Figures 1, l'ensemble est constitué d'une chaîne de production rouleaux - à - rouleaux (RoII to RoII) de cellules photovoltaïques multicouches. La figure décrit les principaux postes de production ; dans la ligne centrale de production, la chambre de capture du spectre visible est réalisée.According to the invention, and as indicated through FIG. 1, the assembly consists of a roll-to-roll production line (RoII to RoII) of multilayer photovoltaic cells. The figure describes the main production stations; in the central production line, the visible spectrum capture chamber is realized.
Un film translucide est mis sur un dérouleur 1-1 (Fig.l), la première phase est le dépôt de la couche de métallisation dans le bloc 1-2 (Fig.l), le film passera ensuite par la phase de dépôt de l'encre CIGS/CIS. Cette phase comprend 3 étapesA translucent film is put on a unwinder 1-1 (Fig.l), the first phase is the deposition of the metallization layer in the block 1-2 (Fig.l), the film will then pass through the deposition phase. CIGS / CIS ink. This phase includes 3 steps
L'étape de la greffe 1-3 (Fig.l) où le substrat 3-2 (Fig.3) est bombardé par ions 3-1 (Fig.3) avant de greffer les particules 3-5 (Fig.3) qui constituent la couche absorbante. Le processus de greffe ion par ion peut réaliser la couche à déposer 3-6 (Fig.3) avec une répartition homogène.The step of the graft 1-3 (FIG. 1) wherein the substrate 3-2 (FIG. 3) is bombarded with ions 3-1 (FIG. 3) before grafting the particles 3-5 (FIG. which constitute the absorbent layer. The ion ion grafting process can realize the layer to be deposited 3-6 (Fig.3) with a homogeneous distribution.
L'étape d'impression 1-4 (Fig.l), où l'encre CIGS est déposée par impression jet d'encre piézoélectrique.Print step 1-4 (Fig. 1), where the CIGS ink is deposited by piezoelectric inkjet printing.
Préparation de l'encre : L'encre est réalisée selon la méthode de précipitation de solution alcaline sur un mélange de nano poudre Cu, In, Ga, Se et ceci par dissolution de nanoparticules CIGS 2-1 (Fig.2) dans une solution alcaline 2-3 (Fig.2). Le mélange de nano poudre de Cu, In, Ga, Se est envoyé par une pompe à diaphragme à flux fixe 2-2 (Fig.2) vers le compartiment mélangeur 2-9 (Fig.2). La solution alcaline est précipitée par une pompe à diaphragme vers le compartiment mélangeur 2-9 (Fig.2). Dans ce dernier des sondes de température 2-8 (Fig.2) et de concentration PH 2-6 (Fig.2) sont plongés dans la préparation brassée par le mélangeur. Les informations sur la température et la concentration ionique récupérées par les sondes sont traitées respectivement par le régulateur de température 2-7 (Fig.2) et le contrôleur doseur ionique 2-5 (Fig.2). Quand le mélange de nano particules CIGS 2-1 (Fig.2) et la solution alcaline 2-3 (Fig.2) est conforme à la formule préétablie, il est versé dans le réservoir d'encre 2-10 (Fig.2).Preparation of the ink: The ink is produced according to the alkaline solution precipitation method on a mixture of nano powder Cu, In, Ga, Se and this by dissolving CIGS 2-1 nanoparticles (FIG. 2) in a solution alkaline 2-3 (Fig.2). The mixture of nano powder Cu, In, Ga, Se was sent by a fixed flow diaphragm pump 2-2 (Fig.2) to the mixing chamber 2-9 (Fig.2). The alkaline solution is precipitated by a diaphragm pump to the mixing chamber 2-9 (Fig.2). In the latter temperature probes 2-8 (Fig.2) and concentration PH 2-6 (Fig.2) are immersed in the preparation stirred by the mixer. The information on the temperature and the ionic concentration recovered by the probes are respectively processed by the temperature regulator 2-7 (FIG. 2) and the ionic dose controller 2-5 (FIG. When the mixture of CIGS nanoparticles 2-1 (Fig.2) and the alkaline solution 2-3 (Fig.2) is in accordance with the pre-established formula, it is poured into the ink tank 2-10 (Fig.2). ).
Impression jet d'encre piézoélectrique : présente un avantage majeur par rapport aux autres techniques d'impression par le fait que la buse d'injection peut déposer des gouttes de quelques nanomètres ce qui est irréalisable par les autres techniques d'impression. Comme décrit dans la figure 8, l'encre 8a-l (Fig.8a) arrive dans un canal 8a-5 (Fig.8a) surmonté par une membrane 8a-9 (Fig.8a) qui est sous Ia contrainte d'un matériau piézoélectrique 8a-8 (Fig.8a) et lorsque ce dernier est soumis à un champ électrique, il réagit en causant une faible vibration acoustique 8a-7 (Fig.8a)qui se répercute à l'intérieur du canal d'encre poussant ainsi une goutte d'encre 8a-4 (Fig.8a) à travers la buse 8a-3 (Fig.8a). Le contrôle de la taille des gouttes d'encre est en fonctions du champ électrique. Les figures 8b à 8d illustrent bien les différents mouvements de la membrane. L'étape de séchage 1-5 (Fig.l), le film passe dans un four optique (Optical Processing Furnace-OPF) pour sécher l'encre sans altérer les couches basses et les propriétés moléculaires de l'encre. Cette dernière formera un conglomérat cristallin CIGS/CIS. La phase suivante est la phase de traitement de surface.Piezoelectric inkjet printing: has a major advantage compared to other printing techniques in that the injection nozzle can deposit drops of a few nanometers which is unachievable by other printing techniques. As described in FIG. 8, the ink 8a-1 (FIG. 8a) arrives in a channel 8a-5 (FIG. 8a) surmounted by a membrane 8a-9 (FIG. 8a) which is under the constraint of a piezoelectric material 8a-8 (Fig.8a) and when the latter is subjected to an electric field, it reacts by causing a low acoustic vibration 8a-7 (Fig.8a) which echoes inside the pushing ink channel and a drop of ink 8a-4 (Fig.8a) through the nozzle 8a-3 (Fig.8a). The control of the size of the ink drops is in function of the electric field. Figures 8b to 8d illustrate the different movements of the membrane. The drying step 1-5 (Fig.l), the film passes through an Optical Processing Furnace (OPF) to dry the ink without altering the low layers and the molecular properties of the ink. The latter will form a CIGS / CIS crystalline conglomerate. The next phase is the surface treatment phase.
Le premier traitement est un traitement chimique 1-6 (Fig.l) qui décape les grandes irrégularités 5a-2 (Fig.5a) des blocs cristallins CIGS/CIS 5a-l (Fig.5a).The first treatment is a chemical treatment 1-6 (FIG. 1) which etches the large irregularities 5a-2 (FIG. 5a) of the crystalline blocks CIGS / CIS 5a-1 (FIG. 5a).
Le second traitement est un traitement au laser 1-7 (Fig.l) plus connu par (Pulsed Laser Annealing -PLA) qui assure la finition dans l'aplanissement de la surface 5c-l (Fig.5c) des blocs cristallins CIGS/CIS Suite à la phase de traitement de surface, la phase de dépôt de la couche de jonction Cds comme illustrer dans la figure 5d, le bloc 1-8 (Fig.l) représente l'appareil qui assure le dépôt de ce matériau par électrodéposition. Le bloc 1-9 (Fig.l) représente la phase de dépôt de la couche ZnO :A1 . Après ces différentes phases, La cellule photovoltaïque CIGS/CIS constituée passera dans un bloc 1-10 (Fig.l) de contrôle de la qualité de dépôt et de la répartition stcechiométrique des matériaux par rayons X. les Rayons X fournissent des moyens efficaces de contrôle d'homogénéités des cellules (CIGS par exemple) par le contrôle de dispersion fluorescent des matériaux (Figure 6) au moyen des équipements du type « EDXRF » sur une ligne de production. En effet, pendant la production des cellules CIGS, le procédé de fabrication doit respecter une tolérance très aiguë sur l'épaisseur et la concentration atomique des mélanges Cu, In, Ga, Se (dépendant de leur valeur stichométrie) définissant l'efficacité et le rendement des cellules photovoltaïque. Le système est souvent monté en fin d'une chaîne de production en ligne. Il paraît évident que le même système de contrôle EDXRF est applicable sur des chaînes de fabrication des films TÎO2. Le dopage des films Ti02 est personnalisé pour avoir le maximum de réponse spectrale de la transmittance par couches et cela pour Ultraviolet et Infrarouge dont la courbe de réponse est donnée à titre d'exemple en Figure 9. Le module 1-11 (Fig.l) représente la réalisation de la chambre supérieure qui capte les UV, le module 1-12 (Fig.l) représente la réalisation de la chambre inférieure qui capte les IR. Les trois modules ainsi réalisés passent dans le bloc 1-14 (Fig.l) pour un assemblage soit mécanique (par pression) ou autre. Le bloc 1-13 (Fig.l) représente la phase de réalisation du film antiréflexion et concentrateur avec suivi du soleil. En effet le film antiréflexion 7-1 (Fig. 7) (une combinaison de dioxyde de Silicium (SIO2) et de Ti02 par exemple), permet le passage quasi-totale de la lumière entrante sur le Film de Filtre Horizontal 7-2 (Fig. 7), la dirigeant sur le substrat 7-3 (Fig. 7), comprenant le film en électrode commune (ITO). Les cristaux liquides 7-4 (Fig. 7), sont alors positionnés pour une tension donnée. Le substrat des électrodes (ITO) 7-5 (Fig. 7), couvre la base des cristaux. La position des cristaux liquides est déterminée quand le système est mis sous tension. Cette tension permet de faire varier la position des cristaux liquides en fonction de la position du soleil. Elle est générée par un dispositif simple de transformation lumière en courant bien connu dans l'état de l'art. Les points (bouts) verticaux de sortie de lumière sont gravés dans la surface 7-5 (Fig. 7) permettant l'alignement des cristaux liquides avec la lumière polarisante sur le point sensible de la couche absorbante. Le Film de Filtre de Polarisation Vertical 7-6 (Fig. 7), dirige alors la lumière sortante sur la couche absorbante 7-7 (Fig. 7). La partie 7-8 (Fig. 7), est la cellule photovoltaïque ou solaire de réception de lumière concentrée sortante. Une couche optionnelle 7-9 (Fig, 7), réfléchissante en nano prismes cristallins permet de transférer la lumière à d'autres compartiments si besoin. Le bloc 1-15 (Fig.l) assure l'adhésion du film antiréflexion sur le les cellules photovoltaïques multicouches et leurs encapsulation dans un film protecteur (non représenté). En sortie de la chaîne de production, le film 1-16 (Fig.l) est enroulé sur un cylindre. Afin de mieux comprendre l'acheminement des rayons lumineux multi spectraux à travers les différentes chambres de capture, nous allons décrire cet acheminement représente par la figure 4. En effet, les rayons lumineux 4-1 (Fig.4) passent à travers la première couche antiréflexion 4-2 (Fig.4) avant de traverser la couche des cristaux liquides 4-3 (Fig.4). Delà, les rayons passent à travers la première chambre 4-9 (Fig.4) qui piège les UV, en suite les rayons lumineux passent à travers la deuxième chambre 4-11 (Fig.4) où les rayons visibles sont piégés avant de passer dans la dernière chambre 4-5 (Fig.4) qui piège à son tour les IR. Les figures 4-8 (Fig.4), 4-10 (Fig.4), 4-12 (Fig.4), 4-6 (Fig.4) représentent les différentes couches de jonction. Le module piézoélectrique 4-7 (Fig.4) transforme les calories en courant comme ça a été décrit dans le corps de cette application.The second treatment is a laser treatment 1-7 (Fig.l) better known by (Pulsed Laser Annealing -PLA) which provides the finishing in the planarization of the surface 5c-1 (Fig.5c) of the crystalline blocks CIGS / CIS Following the surface treatment phase, the phase of deposition of the junction layer Cds as illustrated in FIG. 5d, the block 1-8 (FIG. 1) represents the apparatus which ensures the deposition of this material by electrodeposition. . Block 1-9 (FIG. 1) represents the deposition phase of the ZnO: Al layer. After these different phases, the CIGS / CIS photovoltaic cell constituted will pass into a block 1-10 (FIG. 1) of control of the quality of deposition and the stoichiometric distribution of materials by X-rays. X-rays provide efficient means of control of cell homogeneities (CIGS for example) by the control of fluorescent dispersion of the materials (Figure 6) by means of equipment of the "EDXRF" type on a production line. Indeed, during the production of the CIGS cells, the manufacturing process must respect a very acute tolerance on the thickness and the atomic concentration of the Cu, In, Ga, Se mixtures (depending on their stichometry value) defining the efficiency and the photovoltaic cell efficiency. The system is often mounted at the end of an online production line. It seems obvious that the same EDXRF control system is applicable on T02 production lines. The doping of TiO 2 films is customized to have the maximum spectral response of the layered transmittance for Ultraviolet and Infrared whose response curve is given by way of example in Figure 9. The module 1-11 (Fig.l ) represents the realization of the upper chamber which captures the UV, the module 1-12 (Fig.l) represents the realization of the lower chamber which captures the IR. The three modules thus produced pass into block 1-14 (FIG. 1) for an assembly that is either mechanical (by pressure) or other. Block 1-13 (FIG. 1) represents the phase of production of the antireflection and concentrator film with tracking of the sun. Indeed, the antireflection film 7-1 (FIG 7) (a combination of silicon dioxide (SiO 2) and TiO 2 for example) allows the total passage of the incoming light on the Horizontal Filter Film 7-2 (FIG. Fig. 7), the ruler on the substrate 7-3 (Fig. 7), comprising the common electrode film (ITO). The liquid crystals 7-4 (Fig. 7) are then positioned for a given voltage. The electrode substrate (ITO) 7-5 (Fig. 7) covers the base of the crystals. The position of the liquid crystal is determined when the system is turned on. This voltage makes it possible to vary the position of the liquid crystals as a function of the position of the sun. It is generated by a simple light-current transforming device well known in the state of the art. The vertical light exit points (tips) are etched into the surface 7-5 (Fig. 7) allowing the alignment of the liquid crystal with the polarizing light on the sensitive point of the absorbent layer. The Vertical Polarization Filter Film 7-6 (Fig. 7) then directs the outgoing light onto the absorbent layer 7-7 (Fig. 7). Part 7-8 (Fig. 7) is the outgoing concentrated solar light receiving photovoltaic or solar cell. An optional layer 7-9 (Fig. 7), reflecting in crystalline nano prisms allows to transfer the light to other compartments if necessary. Block 1-15 (FIG. 1) ensures the adhesion of the antireflection film to the multilayer photovoltaic cells and their encapsulation in a protective film (not shown). At the output of the production line, the film 1-16 (Fig.l) is wound on a cylinder. In order to better understand the routing of the multi spectral light rays through the different capture chambers, we will describe this routing represented by FIG. 4. Indeed, the light rays 4-1 (FIG. 4) pass through the first anti-reflection layer 4-2 (Fig.4) before passing through the liquid crystal layer 4-3 (Fig.4). After that, the rays pass through the first chamber 4-9 (FIG. 4) which traps the UV, then the light rays pass through the second chamber 4-11 (FIG. 4) where the visible rays are trapped before pass in the last room 4-5 (Fig.4) which in turn traps the IR. Figures 4-8 (Fig.4), 4-10 (Fig.4), 4-12 (Fig.4), 4-6 (Fig.4) show the different junction layers. The piezoelectric module 4-7 (Fig.4) transforms the calories into current as it has been described in the body of this application.
Il est important de noter que la présente invention est plus clairement mise en évidence par la description des méthodes et des modes de réalisation particuliers telle que décrit. Néanmoins, l'objet de l'invention ne se limite pas à ces méthodes ou de ces modes de réalisation décrites car d'autres méthodes ou d'autres modes de réalisation de l'invention sont possibles et peuvent facilement être réalisées par extrapolation. En particulier par les industriels qui fabriquent des couches de siliciums et/ou micro composants avec ou sans partie optiques. It is important to note that the present invention is more clearly evidenced by the description of the particular methods and embodiments as described. Nevertheless, the object of the invention is not limited to these methods or to these embodiments described because other methods or other embodiments of the invention are possible and can easily be performed by extrapolation. In particular by the manufacturers who manufacture layers of silicas and / or micro components with or without optical parts.

Claims

REVENDICATIONS
1- Une méthode comprenant : accrochage d'une couche et/ou substrat sur autres couches et /ou substrat par greffes de particules formant des points d'accroché pour la couche ou substrat à déposer ou à imprimer. 2- Une méthode comprenant : formation d'une couche et/ou substrat sur autres couches et /ou substrat par greffes de particules formant des points d'accroché et sa continuation sur les points greffés.A method comprising: hooking a layer and / or substrate on other layers and / or substrate by grafting particles forming hook points for the layer or substrate to be deposited or printed. 2- A method comprising: forming a layer and / or substrate on other layers and / or substrate by grafting particles forming hook points and its continuation on the grafted points.
3- La méthode telle que décrit dans la revendication N° 1 ou N° 2 où la couche recevant la greffe est une couche absorbante (sur le substrat).The method as described in claim 1 or 2 where the graft-receiving layer is an absorbent layer (on the substrate).
4- La méthode tel le que décrit dans la revendication N° 1 ou N° 3 où la couche et/ou le substrat est imprimée par une technique de Jet d'encre à base des piézoélectriques.The method as described in claim 1 or 3 where the layer and / or the substrate is printed by a piezoelectric ink jet technique.
5- Une méthode décrite dans au moins une des revendications N° 1 à 4 où la couche absorbante comprend une couche non-silicium et/ou silicium amorphe et/ou matériel inorganique et/ou matériel organique et/ou du groupe oligoméπque, silicium microcπstalline, nanorods inorganique dispersé dans une matrice organique, tétrapodes inorganique dispersé dans une matrice organique, nanomatéπaux quantum dots, polymère gels ionique conducteur, nano composées de sol-gel comprenant un liquide ionique, conducteurs ioniques, des Trous conducteur organique à faible poids moléculaire, C60 et/ou autres molécules minuscules ou encore ou une combinaison quelconques ci-dessus, et/ou un des éléments suivants : Une couche nano structurée ayant une5. A method described in at least one of claims 1 to 4 wherein the absorbent layer comprises a non-silicon layer and / or amorphous silicon and / or inorganic material and / or organic material and / or oligomeric group, microcrystalline silicon. , inorganic nanorods dispersed in an organic matrix, inorganic tetrapods dispersed in an organic matrix, nanomaterials quantum dots, conductive ionic polymer gels, nano compounds composed of sol-gel comprising an ionic liquid, ionic conductors, low molecular weight organic conductive holes, C 60 and / or other tiny molecules or any combination or above, and / or one of the following: a nanostructured layer having a
Template inorganique poreux remplit avec des matériaux organiques (dopé ou non dopé), une architecture cellulaire polymère/blend, une architecture cellulaire microcπstalline de silicium ou encore ou une combinaison quelconques précitée. 6- Une méthode décrite dans au moins une des revendications N° 1 à 5 ou le dispositif comprend au moins un élément d'absorption multi spectral.Inorganic porous template fills with organic materials (doped or undoped), a cellular polymer / blend architecture, microcπstalline silicon cell architecture or any combination above. 6- A method described in at least one of claims 1 to 5 or the device comprises at least one multi spectral absorption element.
7- Un dispositif résultant des méthodes décrites dans au moins une des revendications N° 1 à 5 où la couche possède des caractéristiques piézoélectrique capable de générer du courant par absorption des calories7- A device resulting from the methods described in at least one of claims 1 to 5, wherein the layer has piezoelectric characteristics capable of generating current by absorption of calories
8- Un dispositif résultant des méthodes décrites dans au moins une des revendications N° 1 à 5 où la couche possède au moins une caractéristique de conversion de l'énergie solaire en courant.8- A device resulting from the methods described in at least one of claims 1 to 5 wherein the layer has at least one characteristic of converting solar energy into current.
9- Un dispositif résultant des méthodes décrites dans au moins une des revendications N° 1 à 5 où ce dernier est muni d'une couche et/ou d'un film amplificateur optique et/ou de traitement anti-réflexion9- A device resulting from the methods described in at least one of claims 1 to 5 where the latter is provided with a layer and / or an optical amplifier film and / or anti-reflection treatment
10- Un dispositif résultant des méthodes décrites dans au moins une des revendications N° 1 à 5 où ce dernier est muni d'une couche et/ou d'un film de concentration des rayons du soleil avec ou sans élément d'anti-réflexion. 11- Un dispositif comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques muni d'un système à base des cristaux liquides et/ou des bâtonnets en couches minces et/ou de prisme servant d'amplificateur ou de concentrateur optique, avec ou sans éléments d'anti-réflexion, réalisant un suivi du soleil en dirigeant et/ou en concentrant la plus grande partie de la lumière du soleil sur la cellule a tout moment de la journée. 12- Un dispositif comprenant une pluralité de cellules photovoltaïques avec au moins un système pour transporter de l'énergie électrique à distance à travers le vide ou des matériaux diélectriques isolants se caractérisant par l'absence de l'utilisation de tout conducteur solide de liaison.10- A device resulting from the methods described in at least one of claims No. 1 to 5 wherein the latter is provided with a layer and / or a film of concentration of sunlight with or without anti-reflection element . 11- A device comprising a plurality of photovoltaic cells provided with a system based on liquid crystals and / or thin film and / or prism rods serving as optical amplifier or concentrator, with or without anti-reflection elements. reflection, tracking the sun by directing and / or concentrating most of the sunlight on the cell at any time of the day. 12- A device comprising a plurality of photovoltaic cells with at least one system for transporting electrical energy remotely through the vacuum or insulating dielectric materials characterized by the absence of the use of any solid connecting conductor.
13- Un dispositif efficace de production d'électricité composé d'au moins de deux chambres/compartiments structurée, muni d'au moins d'un moyen de conversion des énergies sortantes, avec au moins un élément à nano échelles à base des matériaux ou polymères nanocπstallms, ou encore les tubes à nano échelle, lesdits matériaux comprenant des nano particules de 1 à 50 nm, appelés globalement les nano éléments.13- An effective power generation device consisting of at least two chambers / structured compartments, provided with at least one means for converting the outgoing energies, with at least one nano-scale element based on the materials or nanocπstallm polymers, or nano-scale tubes, said materials comprising nano particles from 1 to 50 nm, generally called nano elements.
14- Un dispositif efficace pour générer de l'électricité, et muni d'au moins de deux chambres/compartiments structurées, muni d'au moins d'un moyen de conversion des énergies sortantes où l'énergie issue d'une chambre est sous forme de calories.14- An effective device for generating electricity, and provided with at least two chambers / structured compartments, provided with at least one means of converting the outgoing energies where the energy from a chamber is under form of calories.
15- Un dispositif selon au moins une des revendications N° 1 à 14 muni d'un système d'intelligence simplifié ou complexe de contrôle et de commande des compartiments et/ou de couches thermo chromatiques et où, au moins un courant est obtenu à l'aide d'un système à base de nanoparticules ayant des caractéristiques piézoélectriques.15- A device according to at least one of claims 1 to 14 provided with a simplified intelligence system or complex control and control compartments and / or thermochromatic layers and where at least one current is obtained at using a nanoparticle-based system with piezoelectric characteristics.
16- Un dispositif selon au moins une des revendications N° 1 à 15, où l'énergie sortante est sous forme de courant ou de tension électrique et/ou muni de Convertisseur DC/DC ou DC/AC, et/ou une batterie et/ou une solution chimique pour stocker les productions hors réseau.16- A device according to at least one of claims 1 to 15, wherein the outgoing energy is in the form of current or voltage and / or provided with DC / DC or DC / AC converter, and / or a battery and / or a chemical solution for storing off-grid productions.
17- Un dispositif selon au moins une des revendications N° 1 à 16 à structure empilée avec encombrement réduit et/ou possédant un moyen de chargement et/ou circulation de la solution liquide ou gazeuse pour faciliter l'échange des calories. 18- Un dispositif efficace pour générer de l'énergie comprenant des matériaux nanométπques ou des composés de nanoparticules, muni d'au moins d'un moyen de conversion des énergies solaires sortantes et possédant des caracténstiαues Diézoélectriαue caoable de εénérer du courant Dar absomtion des calories. 19- Un dispositif selon au moins une des revendications N° 1 à 18 et/ou muni d'un système de production du froid et/ou du chaud.17- A device according to at least one of claims No. 1 to 16 stacked structure with reduced bulk and / or having a means for loading and / or circulation of the liquid or gaseous solution to facilitate the exchange of calories. An effective device for generating energy comprising nanometeπques materials or nanoparticle compounds, provided with at least one means for converting outgoing solar energies and possessing characteristics that can be deenergized by deenergizing the current. . 19- A device according to at least one of claims No. 1 to 18 and / or provided with a system for producing cold and / or hot.
20- Un dispositif selon au moins une des revendications N° 1 à 19 et muni d'au moins d'un moyen de conversion des énergies solaires, où, le suivi du soleil est contrôlé et/ou assuré par un dispositif constitué d'un couple de paroi rigide et de membrane et/ou d'un système comprenant des tubes et/ou nano tubes cylindriques ou hexagonaux liquides, lequel dispositif est sous forme d'élément indépendant ou intégré au système et/ou muni d'un dispositif destiné à augmenter l'efficacité des rayons, que ce soit sous la forme des micro loupes ou encore des cristaux liquides translucides avec un effet d'agrandissement à leurs extrémités.20- A device according to at least one of claims 1 to 19 and provided with at least one solar energy conversion means, where the tracking of the sun is controlled and / or provided by a device consisting of a rigid wall and membrane pair and / or a system comprising liquid cylindrical or hexagonal tubes and / or nano tubes, which device is in the form of an independent element or integrated in the system and / or provided with a device for increase the efficiency of the rays, whether in the form of micro magnifiers or translucent liquid crystal with an enlargement effect at their ends.
21- Un dispositif selon au moins une des revendications N° 1 à 20, muni d'une intelligence de contrôle et de commande intégrée et/ou par radiofréquence.21- A device according to at least one of claims 1 to 20, provided with a control intelligence and integrated control and / or radio frequency.
22- Un dispositif selon au moins une des revendications N° 1 à 21, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de solution d'échangeur calorifique, de formes particules métalliques ou non et des géométries semblables ou non et réparties sur un liquide ou gazeux et/ou de forme quelconques et/ou d'apparence sous forme de galette, panneau, film et/ou de forme quelconque.22- A device according to at least one of claims 1 to 21, characterized in that it comprises a plurality of heat exchanger solution, metallic particle shapes or not and similar or not geometries and distributed over a liquid or gaseous and / or any shape and / or appearance in the form of slab, panel, film and / or any shape.
23- Un system de réalisation des couches sur substrat comprenant : une chambre de processes à déposition cyclique des couches avec au moins un point de chargement, un moyen de sélection de la face de surface à traiter par plaquage et/ou isolation de l'autre surface, une multitudes de buses d'entrées disposées le long de la surface à traiter de sorte que les sorties des buses soient capable de transmettre un ou plusieurs gaz sur la surface à traiter, muni d'un collecteur d'entrée par segment déterminé, une multitudes de buses de sortie disposées entres chaque buse pour extraction de gaz, muni d'un collecteur de sortie par segment que de gaz.23- A system for producing layers on a substrate comprising: a process chamber cyclically depositing the layers with at least one loading point, a means for selecting the surface face to be treated by plating and / or isolating the other surface, a plurality of inlet nozzles disposed along the surface to be treated so that the outputs of the nozzles are capable of transmitting one or more gases on the surface to be treated, provided with a determined inlet manifold per segment, a plurality of outlet nozzles disposed between each gas extraction nozzle, provided with an outlet manifold per segment than gas.
24- Un system de réalisation des couches sur substrat comprenant : une chambre de processes à déposition cyclique des couches, un système d'avalement de substrat à l'entrée et le long intérieur de la chambre de processes, le quel système possède une distribution uniforme de transport et de guidage de substrat, un moyen de sélection de la face de surface à traiter, une multitudes de buses d'entrées disposées le long de la surface à traiter de sorte que les sorties des buses soient capable de transmettre un ou plusieurs gaz sur la surface à traiter, muni d'un collecteur d'entrée par segment déterminé, une multitudes de buses de sortie disposées entres chaque buse pour extraction de gaz, muni d'un collecteur de sortie par segment que de gaz,24- A system for producing layers on a substrate comprising: a cyclic deposition process chamber of the layers, a substrate swallowing system at the inlet and the interior of the process chamber, which system has an even distribution method for selecting the surface face to be treated, a plurality of inlet nozzles disposed along the surface to be treated so that the nozzle outlets are capable of transmitting one or more gases. on the surface to be treated, provided with a determined segment inlet manifold, a plurality of outlet nozzles disposed between each gas extraction nozzle, provided with an outlet manifold by segment than gas,
25- Un system de réalisation des couches sur substrat comprenant : une chambre de processes à déposition cyclique des couches en forme géométriquement circonférentiel distribuée décroissant ou croissant, un système d'avalement d'au moins deux substrats simultanément à l'entrée et le long intérieur de la chambre de processes, le quel système possède une distribution uniforme de transport et de guidage de substrat, un moyen d'isolation de surfaces non traitable, un module comprenant une multitudes de buses d'entrées disposées le long de la surface à traiter de sorte que les sorties des buses soient capable de transmettre un OL) plusieurs gaz sur la surface à traiter, muni d'un collecteur d'entrée par segment déterminé, une multitudes de buses de sortie disposées entres chaque buse pour extraction de gaz de la chambre.A system for producing layers on a substrate comprising: a process chamber with cyclic deposition of the layers in geometrically circumferential distributed shape decreasing or increasing, a system for swallowing at least two substrates simultaneously at the entrance and the long interior of the process chamber, which system has a uniform substrate transport and guide distribution, a non-processable surface isolation means, a module comprising a plurality of input nozzles disposed along the surface to be treated of so that the outputs of the nozzles are capable of transmitting a plurality of gases on the surface to be treated, provided with a determined inlet manifold per segment, a plurality of outlet nozzles arranged between each nozzle for extracting gas from the chamber .
26- Un system de réalisation des couches sur substrat comprenant : une chambre de processes à déposition cyclique des couches en forme géométriquement circonférentiel distribuée décroissant ou croissant, un système d'avalement d'au moins deux substrats simultanément à l'entrée et le long intérieur de la chambre de processes, le quel système possède une distribution uniforme de transport et de guidage de substrat, un moyen d'isolation de surfaces non traitable, un module comprenant une multitudes de buses d'entrées ou de sortie de gaz disposées le long de la surface à traiter muni d'un collecteur d'entrée ou de sortie par segment, fonctionnant pendant le transfert ou l'arrêt du substrat dans la chambre de processes et un système d'éjection de substrat en sortie de chambre.A system for producing layers on a substrate comprising: a process chamber with cyclic deposition of the layers in geometrically circumferential distributed shape decreasing or increasing, a system for swallowing at least two substrates simultaneously at the entrance and the long interior of the process chamber, which system has a uniform substrate transport and guide distribution, a non-processable surface isolation means, a module comprising a plurality of gas inlet or outlet nozzles disposed along the the surface to be treated provided with an inlet or outlet manifold per segment, operating during transfer or stopping of the substrate in the process chamber and a substrate ejection system at the chamber outlet.
27- Un système selon l'une des revendications 23 à 26, munit d'un dispositif de chauffage par segment diminuant considérablement le temps de chauffage et la stabilisation de la température. 28- Un système selon l'une des revendications 23 à 27, où chambre de processes est constituée d'une succession de forme en ligne droite et/ou segmenté.27- A system according to one of claims 23 to 26, provided with a heating device by segment significantly reducing the heating time and temperature stabilization. 28- A system according to one of claims 23 to 27, wherein process chamber consists of a succession of shape in a straight line and / or segmented.
29- Un système selon l'une des revendications 1 à 28, munit d'un dispositif ayant tout ou partie, d'une variété de méthodes de dépôt de solution ou d'enduits incluant mais non limitant l'impression, la gravure ou la microgravure, inversé ou directe, enduit de rouleaux, capillaire, jet d'encre, de gicleur ou de piézo, intégré et/ou séparé.29- A system according to one of claims 1 to 28, provided with a device having all or part of a variety of solution deposit methods or coatings including but not limited to printing, engraving or microgravure, inverted or direct, coated with rollers, capillary, inkjet, jet or piezo, integrated and / or separated.
30- Un système selon l'une des revendications 1 à 29, munit d'un dispositif d'enduits d'une couche solide de dioxyde de titane suivitfun dépôt SoI-GeI ou aérosol de TiO2 méso-poreux dépôt Sol-Gel ou aérosol pour les films flexibles. 31- Un système selon t'une des revendications 1 à 30, permettant une construction moléculaire complexe des composés quaternaires.30- A system according to one of claims 1 to 29, provided with a device for coating a solid layer of titanium dioxide followed by a deposit SoI-GeI or aerosol of TiO 2 meso-porous Sol-Gel deposit or aerosol for flexible films. 31. A system according to one of claims 1 to 30, allowing a complex molecular construction of quaternary compounds.
32- Un système selon l'une des revendications 23 à 31 ayant au moins une couche absorbante constituée des cellules32- A system according to one of claims 23 to 31 having at least one absorbent layer consisting of cells
CIQS et/ou CZTSfit/ou TiO2-QS et/ou d'une façon générale, d'une structure tétrapède et/ou tétrahydrique et/ou tétraèdre et/ou rristalline. CIQS and / or CZTSfit / or TiO2- Q S and / or, in general, of a tetraped and / or tetrahydric and / or tetrahedron and / or crystalline structure.
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