Les types de cellules
- 1ère génération : cellules cristallines
- 2ème génération : couches minces "thin films"
- 3ème génération : multijonction, concentration, ...
Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui lorsqu’il est exposé au spectre solaire génère une tension électrique par effet photovoltaïque.
Toutes les cellules sont créées à partir de matériaux semi-conducteurs. La plupart du temps, c’est le silicium (Si) qui est utilisé mais on rencontre aussi le sulfure de cadmium (CdS), le tellure de cadmium (CdTE), des alliages de cuivre indium et sélénium (CIS),…
Trois technologies de cellules existent suivant leur mode de production :
1ère génération : cellules cristallines |  |
Ces cellules, généralement en silicium, ne comprennent qu’une seule jonction p-n. La technique de fabrication de ces cellules, basée sur la production de "wafers" à partir d’un silicium très pure, reste très énergivore et coûteuse.
Méthode de fabrication : le cristal formé par refroidissement du silicium en fusion dans des creusets parallélépipédiques est ensuite découpé en fines tranches appelées "wafers". Les cellules sont alors obtenues après "dopage" et traitement de surface.
On distingue deux types de cellules cristallines :
Les cellules polycristallines
Le refroidissement du silicium en fusion est effectué dans des creusets parallélépipédiques à fond plat. Par cette technique, des cristaux orientés de manière irrégulière se forment. Cela donne l’aspect caractéristique de ces cellules bleutées présentant des motifs générés par les cristaux.
Rendement
11-15 % (On obtient ainsi une puissance de 110 à 150 Wc par m²)
Ces cellules restent les plus utilisées du fait du rapport performance/prix plus intéressant que celui de leurs homologues monocristallins.
Avantage
- Rapport performance/prix.
Inconvénient
- Rendement faible sous éclairement réduit.
Les cellules monocristallines
Ces cellules sont constituées de cristaux très purs obtenus par un contrôle strict et progressif du refroidissement du silicium.
Rendement
12-19 % (On obtient ainsi une puissance de 120 à 190 Wc par m²).
Avantage
- Très bon rendement.
Inconvénients
- Coût élevé.
- Rendement faible sous éclairement réduit.
2ème génération : couches minces "thin films" | |
Dans le cas de "couches minces", le semi conducteur est directement déposé par vaporisation sur un matériau support (du verre par exemple). Le silicium amorphe (a-Si) (silicium non cristallisé de couleur gris foncé), le tellurure de cadmium (CdTe), le disélénium de cuivre indium (CIS) font notamment partie de cette génération. Ce sont des cellules de cette technologie que l’on retrouve dans les montres, calculatrices,… dites solaires !
Le silicium amorphe
Rendement
60-70 Wc/m².
Avantages
- Moins coûteux que la première génération puisqu'elle consomme moins de matériau semi-conducteur.
- Moins polluant à la fabrication (Ne nécessite pas de passer par l'étape de transformation du silicium en "wafers" (moins énergivores)).
- Fonctionnent avec éclairement faible.
- Moins sensible à l’ombrage et aux élévations de température.
- Possibilité de créer des panneaux souples.
Inconvénients
- Rendement global plus faible.
- Rendement moindre sous éclairement direct.
- Diminution de performance avec le temps plus importante.
Il existe d’autres types de cellules "couches minces" : tellurure de cadmium (CdTe), le disélénium de cuivre indium (CIS),...
Le CdTe présente de bonnes performances mais la toxicité du cadmium reste problématique pour sa production.
Les modules CIS atteignent, eux, un rendement de l’ordre de 17 % en laboratoire et jusqu’à 11 % pour les cellules commercialisées. De quoi concurrencer les homologues cristallins !
3ème génération : multijonction, concentration, … | |
Pour améliorer les rendements des cellules, la recherche se tourne actuellement vers plusieurs pistes dont notamment :
- Cellules multicouches : superposition de multiples cellules aux propriétés différentes (utilisant des bandes d'énergie différentes permettant un balayage plus large du spectre solaire). Ce type de cellules est déjà commercialisé, mais principalement pour des applications spatiales. Les rendements obtenus sous concentration sont très prometteurs (de l'ordre de 30 %).
- Cellules à concentration (permet d’utiliser des photons à basse énergie qui ne sont habituellement pas absorbés par la cellule).
- Cellules organiques,…
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