fabrication cellule photovoltaique

La fabrication des cellules photovoltaïques, essentielles pour convertir l’énergie solaire en électricité, représente un enjeu majeur dans la transition énergétique. D’ici 2025, l’engouement pour les énergies renouvelables devrait atteindre son paroxysme, rendant crucial le développement et l’optimisation des technologies photovoltaïques. Au cœur de cette révolution énergétique, le silicium cristallin, utilisé pour produire des cellules solaires, reste la pierre angulaire du processus. Explorez les étapes de fabrication des cellules photovoltaïques et comprenez comment elles intègrent les avancées technologiques des entreprises telles que TotalEnergies, EDF Energies Nouvelles, Soitec et bien d’autres.

Processus de fabrication du silicium cristallin pour les cellules photovoltaïques

Le silicium est le matériau de prédilection pour la fabrication des cellules photovoltaïques, représentant plus de 90 % du marché mondial. De nombreuses étapes sont nécessaires pour transformer le minerai de silice en silicium cristallin de qualité. Ce processus commence par l’extraction du silicium à partir de la silice, principalement présente dans le quartz et le sable. Voici les grandes étapes de ce processus :

• Extraction : Le silicium est prélevé de la silice via la carboréduction. Ce processus consiste à mélanger de la silice avec du carbone dans un four à arc électrique, à des températures atteignant 2000°C, pour obtenir du silicium à l’état liquide.
• Purification : Le silicium liquide subit des traitements supplémentaires pour élever son taux de pureté (entre 98-99 % à 99,9999 %). Les méthodes chimiques de purification sont les plus courantes, mais sont coûteuses.
• Cristallisation : Le silicium purifié doit être solidifié pour former un lingot. Cette phase se divise en plusieurs méthodes, engendrant soit un silicium monocristallin, plus efficace, soit un silicium polycristallin, généralement plus économique.

Les avancées techniques réalisées par des entreprises comme Soleos et Photowatt permettent d’optimiser ces étapes. En effet, des recherches menées par Genisolar et Karma Solar visent à réduire les coûts énergétiques liés à ces procédés de fabrication, tout en maintenant la qualité des matériaux.

Les types de silicium et leurs applications

Les processus de fabrication débouchent sur deux types de silicium :

• Silicium monocristallin : Ce type est constitué d’un unique cristal, ayant des propriétés électriques et conductrices très supérieures, ce qui engendre un meilleur rendement.
• Silicium polycristallin : Formé de multiples cristaux de moins bonne qualité, il est principalement utilisé pour des applications à moindre coût.

Les projets en innovation technologique, portés par des entreprises comme Suntech et Total Solar, visent à adapter ces types de silicium pour diverses applications solaires.

Découpe et fabrication des wafers pour cellules photovoltaïques

Ayant obtenu le silicium cristallin sous forme de lingots, la prochaine étape consiste à le découper en wafers, des plaquettes fines qui deviendront la base des cellules photovoltaïques. Cette phase implique plusieurs processus clés:

• Découpe des lingots : Les lingots doivent être découpés en plaquettes à l’aide de scies à fil diamanté, contrôlant les pertes de matière.
• Rodage : Les surfaces des wafers sont rodées pour éliminer les irrégularités résultant de la découpe.
• Nettoyage : Après le rodage, un nettoyage chimique permet d’enlever les impuretés résiduelles.

Ce processus de découpe peut engendrer des pertes importantes, connu sous le nom de kerf. Ainsi, la recherche se concentre sur la réduction de ces déchets, permettant d’améliorer l’efficacité du matériau. Des initiatives d’entreprises comme DJA explorent la revalorisation de ces kerfs pour réutilisation dans la production.

Traitements et métallisation des wafers pour les cellules photovoltaïques

La qualité des wafers influencera directement l’efficacité de conversion de l’énergie solaire. Pour y parvenir, plusieurs traitements doivent être réalisés, dont la métallisation, indispensable pour permettre la circulation du courant électrique.

• Texturation : La surface des wafers est texturée pour minimiser la réflexion de la lumière. Cela se fait en créant une structure pyramidale qui piège les photons.
• Dopage : traditionnellement effectué par diffusion thermique, ce processus modifie les propriétés électriques du silicium afin d’établir une jonction PN, cruciale pour le fonctionnement des cellules photovoltaïques.
• Dépôt de la couche antireflet : Avant la métallisation, une couche antireflet est appliquée pour améliorer l’absorption de la lumière.

La métallisation finit d’équiper la cellule. Chaque cellule est pourvue de contacts métalliques, à la fois en face avant et arrière pour la conduction électrique. Ce procédé se réalise généralement par impression sérigraphique. La précision dans la conception de ces contacts est essentielle pour minimiser les pertes résistives.

Assemblage des cellules photovoltaïques en modules

Une fois toutes les étapes de fabrication et de traitement des cellules photovoltaïques complètes, le moment est venu de les assembler en modules. Cette phase joue un rôle crucial dans la création des panneaux solaires prêts à l’emploi :

• Assemblage des cellules : Les cellules sont interconnectées pour créer un module, formant un réseau électrique.
• Encapsulation : Les cellules sont placées entre des films de résine et du verre trempé pour assurer leur protection contre les éléments extérieurs.
• Laminage : Le tout est soumis à un laminage à chaud pour garantir une bonne adhérence et protection.

Le montage final sera ensuite enserré dans un cadre en aluminium. Ce cadre ne sert pas seulement à renforcer la structure, mais aussi à faciliter l’installation des panneaux photovoltaïques. Des entreprises comme Sadel et Photowatt mettent en avant des systèmes de montage optimisés pour des installations photovoltaïques.

Innovation et avenir des cellules photovoltaïques

Les enjeux environnementaux et la nécessité d’énergie renouvelable à l’horizon 2025 poussent les acteurs du marché à innover constamment. Les entreprises comme TotalEnergies et Karma Solar ont investi massivement dans la recherche et le développement de nouvelles technologies photovoltaïques.

• Recherche de nouveaux matériaux : L’exploration de matériaux alternatifs comme le pérovskite en complément ou en remplacement du silicium est prometteuse. Ces matériaux pourraient offrir des rendements supérieurs et des coûts de fabrication réduits.
• Optimisation des processus : Les méthodes de fabrication traditionnelles sont sans cesse révisées pour être plus durables et moins énergivores.
• Intégration des avancées numériques : La digitalisation des processus, grâce à l’intelligence artificielle et à la robotique, devrait améliorer la précision et l’efficacité de la production.

Les tendances actuelles montrent également un intérêt accru pour la recyclabilité des panneaux photovoltaïques. Les entreprises doivent anticiper la fin de vie de leurs produits en intégrant des stratégies de recyclage efficaces. Journées des technologies, publications et initiatives de collaboration orchestrées par des entreprises comme Suntech et EDF Energies Nouvelles soulignent ce besoin criant.