Conception des cellules solaires de la nouvelle génération : le silicium reste incontournable

Les centrales photovoltaïques visibles sur le marché, et qui présentent des rendements tournant autour de 20 %, sont majoritairement conçues à partir de silicium polycristallin. Pour celles qui affichent une performance se rapprochant de 22, voire 22,5 %, les cellules sont fabriquées à base de silicium monocristallin combiné à la technologie Passivated Emitter and Rear Contact (PERC).

Cette technologie réduit la surface en aluminium de la face arrière, suite au développement de l’Aluminum Back Surface Field (Al-BSF), une technologie plus ancienne. Par le mariage de l’aluminium et du silicium, les électrons sont piégés, entrainant la limitation de production de l’électricité. Grâce à la technologie PERC+, il est possible de capter le rayonnement solaire à partir de la surface arrière, ce qui offre une bifacialité, bien que celle-ci soit limitée.

Chaque dixième de rendement compte pour les industriels afin de développer les ventes. Ces derniers tentent alors d’atteindre des performances entre 23 et 25 %. Deux approches se distinguent, avec des degrés de maturité différents :

– La plus mature consiste à prolonger les procédés actuels et à ajouter au-dessus du silicium monocristallin une couche de silicium polycristallin. Il s’agit d’une technologie appelée Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon). Elle permet d’augmenter de 1 % le rendement afin d’atteindre 23 % environ.

– La seconde s’appelle HJT (Hétérojonction de silicium) et est en rupture avec les standards actuels. Il s’agit d’un procédé à la croisée des technologies, entre les nanotechnologies, la microélectronique et les procédés de dépôts visibles sur les écrans plats.

Cette dernière est une innovation qui se base encore sur une cellule en silicium monocristallin sur laquelle est déposée une couche de silicium amorphe. Celle-ci a l’avantage d’avoir un procédé de fabrication simple et est compatible avec la fonction bifaciale.

Le CEA-Liten, à l’Institut national de l’énergie solaire (INES) a publié, en début d’année, un record mondial en présentant 24,63 % de rendement, obtenu à partir de cette technologie. Un transfert industriel de ce procédé a, d’ailleurs, été réalisé vers ENEL Green Power, une société italienne d’électricité, selon le directeur de l’INES et chef du département de l’énergie solaire au CEA-Liten, Anis Jouini.

À présent, la recherche s’oriente vers les cellules tandem afin de dépasser les 25 % de rendement. Il s’agit d’une technologie qui consiste à déposer sur le silicium une couche d’un autre matériau afin d’apporter un complément aux propriétés du silicium. Les plus prometteurs sont les pérovskites, qui permettent d’ouvrir le spectre d’absorption de la lumière et optimiser la collecte d’électrons pour augmenter le rendement.

Toujours selon Anis Jouini, les mieux adaptées à ce couplage sont les cellules à hétérojonction. Une première preuve de concept d’une cellule tandem à base de silicium et de pérovskites devrait être démontrée par le CEA-Liten à l’INES au milieu de l’année prochaine. Le rendement pourrait atteindre 30 % sur une petite surface. L’institut espère une performance comprise entre 27 et 28 % en utilisant des plaquettes plus larges, celles dédiées à des centrales photovoltaïques. Avant d’envisager un transfert technologique vers un industriel, il faudra patienter de 2 à 3 ans.

Pour fabriquer les cellules tandem, d’autres matériaux, comme les matériaux III-V, font également l’objet d’une expérimentation, avec du silicium monocristallin comme substrat de base. Bien qu’encourageants, certains résultats sont trop onéreux et donc incompatibles avec un marché qui recherche des panneaux solaires peu coûteux.

Author: Domoina

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