Modélisation numérique des procédés de fabrication des modules photovoltaiques

Thermomechanical modeling of photovoltaic module manufacturing processes

• Auteur / Autrice : Ichrak Rahmoun
• Direction : Jean-Luc Bouvard, Pierre-Olivier Bouchard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Soutenance le 19/05/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Schmidt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Bouvard, Pierre-Olivier Bouchard, Corinne Alonso, Aude Derrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Veronica Bermudez-Benito, Cyrille Sollogoub

Mots clés

Mots clés contrôlés

Générateurs photovoltaïques

Mots clés libres

Module photovoltaïque

Procédé de lamination

Procédé d’interconnexion

Modélisation thermomécanique

Contraintes résiduelles

Photovoltaic module

Lamination process

Interconnection process

Thermomechanical modelling

Residual stresses

Résumé

Les modules photovoltaïques (PV) sont constitués de couches photovoltaïques actives (Silicium, passivation), de couches d'encapsulation protectrice (polymères) et de plaques de verre. La performance et la durée de vie des modules PV dépendent en partie de leur capacité à résister à différentes contraintes environnementales, liées aux phénomènes thermomécaniques, physiques, chimiques et/ou électriques. Dans le cadre de ce travail, nous nous intéresserons plus particulièrement aux contraintes résiduelles induites lors de la fabrication. Celle-ci comporte l'interconnexion électrique entre les cellules PV du module, par soudage ou collage de lignes conductrices, et l'encapsulation protectrice par des couches de polymères et de verre par le procédé de lamination (pressage à chaud). Ces contraintes résiduelles peuvent être à l'origine de défaillances observées sur les modules (délamination, fissure des cellules, rupture d'interconnexions…etc.), soit dès la fabrication soit, en s'ajoutant aux contraintes de service, au cours de la vie des modules PV. L'enjeu de ce travail de thèse sera de modéliser les procédés d'encapsulation et d'interconnexion des cellules afin de mieux comprendre leur influence sur les principales défaillances observées sur les modules.

Photovoltaic (PV) modules consist of active photovoltaic layers (Silicon, passivation), protective encapsulation layers (polymers) and glass plates. The performance and service life of PV modules depends on their ability to withstand various environmental constraints related to thermomechanical, physical, chemical and / or electrical phenomena. In the context of this work, we will focus on the residual stresses induced during manufacturing. This comprises the electrical interconnection between the PV module cells, by welding or adhesive bonding of conductive lines, and the protective encapsulation by layers of polymers and glasses using lamination process (hot pressing). The induced residual stresses can be at the origin of failures observed on the modules (delamination, cell cracking, breakage of interconnections ...etc.), either at the manufacturing stage or during the lifetime of the modules due to the service constraints. The objective of this PhD thesis will be to model the encapsulation and interconnection processes of cells to better understand their influence on the main failures observed on the modules.