Voici le processus de fabrication d'une cellule photovoltaïque, et les technologies photovoltaïques d'avenir. Il y a du mouvement !
Le matériau silicium cristallin utilisé représente aujourd’hui environ 85 % du marché des matériaux utilisés dans la fabrication des panneaux.
Pour la fabrication de ce type de cellules photovoltaïques, on utilise des cristaux de silicium sous forme monocristalline ou polycristalline. Les processus de fabrication de ces cellules PV sont similaires. Cependant, les procédés d’obtention des matériaux de base (silicium monocristallin ou polycristallin) sont différents.
Cellules monocristallines
Premières innovations du photovoltaïque, les cellules monocristallines (Wafer) sont les photopiles de la première génération (petite parenthèse, ces cellules se trouvent souvent dans les calculatrices). La technologie monocristalline repose sur des barres pures de silicium. C’est la technologie la plus chère, car le silicium monocristallin est une matière première d’une très grande pureté. En effet, une plaquette de silicium monocristallin est composée d’un seul grain.
Le silicium monocristallin est généralement obtenu par tirage, qui sert à agrandir les cristaux monocristallins à une grande dimension, selon le procédé “Czochralski”, ou par fusion par zone.
On obtient ainsi des lingots cylindriques monocristallins. Pour optimiser l’intégration des cellules dans les modules PV, les bords des lingots sont coupés à la scie : on appelle cette opération : l’équarrissage.
La pureté des cellules monocristallines en font une technique très performante (15 à 18% de rendement), mais leur coût de production élevé réduit grandement leur rentabilité, et donc leur diffusion sur le marché (moins de 40% de part de marché).
On reconnaît une cellule monocristalline par sa forme cylindrique.
Cellules polycristallines
Bien que moins efficace,(14 à 15% de rendement) celles-ci ont une de part de marché supérieure grâce à leur coût de production inférieur. Les cellules polycristallines sont fabriquées à partir d’un bloc de silicium composé de cristaux multiples.
Le silicium polycristallin est obtenu par refonte des restes de silicium monocristallin issus des opérations d’équarrissage. Les « chutes » sont placées dans un creuset porté à 1430 °C. Après la phase de fusion, le fond du creuset est refroidi. On oriente de bas en haut la solidification, pour lui donner une structure colonnaire polycristalline à gros grains. Le lingot obtenu est ensuite découpé en briques, généralement de 101,5 x 101,5 mm ou 120 x 120 mm, qui sont ensuite assemblées dans les modules.
De gauche à droite : cellule monocristalline, polycristalline et couche mince
Des avancées technologiques récentes permettent de produire des cellules polycristallines à couche mince afin d’économiser le silicium. Ces cellules ont une épaisseur de l’ordre de quelques micromètres d’épaisseur.
==> Voici un tableau sur les avantages et les inconvénients des différentes technologies de cellule photovoltaïque.
Des technologies prometteuses
Les avancées technologiques sont rapides. De plus, elles ne suivent pas uniquement un cours continu - il y a de nombreuses innovations disruptives qui sont en préparation pour vraiment lancer le rendement, encore assez faible, de la technologie photovoltaïque et d'en faire une source d'énergie indispensable dans notre mix énergétique de demain.
La cellule photovoltaïque organique, ou polymère
Les cellules polymères, ou organiques, sont composées de polymères semi-conducteurs, et ont le même processus de production électricité que les autres cellules photovoltaïques, mais consistent à remplacer les minéraux par des semi-conducteurs organiques, autrement dit à base de plastique. Cela a de nombreux avantages, mais aussi certains inconvénients qui reportent sa commercialisation à quelques années.
Les avantages des cellules photovoltaïques organiques :
- De meilleures propriétés d’absorption
- Elles sont faciles à poser
- Elles sont bon marché
- Elles sont moins fragiles, grâce à une meilleure flexibilité
- Elles peuvent être à base d’encre, sur des panneaux imprimés (technique innovante toujours au stade R&D).
Mais, deux problèmes sont encore à résoudre pour véritablement lancer la commercialisation de ces panneaux souples. Premièrement, ces cellules ont une durée de vie courte à cause de la dégradation des polymères quand ils sont exposés au soleil. De plus, leur rendement est toujours faible, à moins de 5%.
Voici un exemple de cellule photovoltaïque organique (ou souple)
Beaucoup d'améliorations sont en cours dans la technologie organique, y compris en France. Disa Solar, jeune start-up française, est à la pointe de la R&D en matière de panneaux photovoltaïques souples, et prépare son lancement grand public activement.
Les cellules hybrides : thermiques et photovoltaïques à la fois
Au delà d'une certaine température extérieure (autour d'une vingtaine de degrés), plus il fait chaud, plus le rendement d'une cellule photovoltaïque diminue. En effet, l'énergie se dissipe en chaleur, et la conductivité baisse. Pourtant, il serait dommage de ne pas profiter de la chaleur, énergie dont on a tant besoin. C'est le défi que relèvent de nombreuses entreprises, dont des start-ups françaises (encore !) telles que Dual Sun. Avec des panneaux solaires hybrides photovoltaïque et thermique, il est possible d'absorber la chaleur, la récupérer et la stocker. Ceci permet de profiter de la chaleur émise par les cellules photovoltaïques, et en plus d'optimiser le panneau en limitant les pertes liées à la chaleur. Vous pouvez lire notre article sur cette technologie en plein essor.
Il est incontestable que la technologie et l'efficacité des cellules vont encore évoluer très fortement. Mais il n'est pas encore certain qu'elles arrivent un jour à être la technologie majeure pour produire à grande échelle de l’électricité de façon autonome. Les autres technologies pour produire des énergies renouvelables (éolienne, géothermie, biomasse....) évoluant également.
L'avis de Soloréa
Il est intéressant d'observer un retour de la cellule monocristalline. Suite à une bataille des prix agressive, les fabricants de panneaux solaires se rendent progressivement compte de l'importance du rendement de la cellule photovoltaïque pour se différencier. En effet, il y a deux avantages essentiels à un meilleur rendement de la cellule photovoltaïque : le facteur taille d'installation, et le facteur coût d'installation (en réalité ils sont plus ou moins liés).
En somme, plus le rendement de la cellule est élevé, plus la taille de l'installation solaire sera réduite. Ceci est important lorsqu'on considère la démocratisation de l'énergie solaire, c'est à dire l'accès pour le plus grand nombre de particuliers. La croissance du secteur photovoltaïque dépend grandement de la volonté des particuliers à installer une centrale solaire - mais leur toit reste limité en place. Et plus le rendement de l'installation photovoltaïque sera élevé, plus leur centrale sera rentable.
Le deuxième avantage est le coût d'installation : un rendement plus bas de la cellule photovoltaïque mène à la nécessité d'installer plus de panneaux pour plus de performance. Plus la taille de l'installation est grande, plus elle sera coûteuse. Les économies dans la production peuvent ainsi être perdues lors de l'installation.
Ces deux facteurs n'influent pas directement sur les fabricants de panneaux photovoltaïques, mais plutôt les installateurs et les particuliers. Cependant, ceux-ci demanderont des cellules avec un rendement de plus en plus élevé - ce qui force les fournisseurs à opter pour le monocristallin.
Cette décennie sera très excitante en ce qui concerne le marché : de nombreux défis sont à relever, mais nous croyons que sa commercialisation en masse va survenir dans les prochaines années. C'est de plus un secteur jeune, qui innove beaucoup.
Soloréa est toujours au courant des avancées technologiques et des tendances du marché. Nous nous adaptons facilement, et avons la faculté de rapidement changer notre offre et nos critères en fonction de l'évolution du marché photovoltaïque.
Soloréa a développé l'offre Green'Up, qui permet aux particuliers, pour un forfait très accessible, de réduire par deux ses factures d'énergie (électricité + chauffage), grâce à des panneaux solaires pour chauffer la maison et un système de gestion intelligente de la consommation d'électricité. >Découvrir Green'Up
