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Les couches minces accélèrent le développement du photovoltaïque

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Les couches minces accélèrent le développement du photovoltaïque

DANIEL LINCOT Directeur de recherche au CNRS,directeur adjoint de l’Institut de recherche et développement de l’énergie photovoltaïque

L’énergie solaire photovoltaïque est en plein essor comme le montre l’augmentation de 40 % de la production annuelle des modules passant de 2 474 MW en 2006 à 3 733 MW en 2007, soit l’équivalent de production d’une tranche de centrale nucléaire. Une contribution aux énergies renouvelables qui commence à devenir significative. L’analyse des évolutions dans un domaine où l’offre ne suit pas la demande montre que la filière silicium cristallin, majoritaire à 94 %, accélère encore ses capacités de production. Le n° 1 est depuis peu un fabricant allemand, Q-Cells, tandis que les producteurs chinois, tel Suntech, ont une montée en puissance spectaculaire et lancent des projets d’usines atteignant une capacité de production de 1 GW. Cette augmentation des volumes de production agit comme un levier d’abaissement du coût des systèmes.

Autre évolution spectaculaire, le développement des technologies en couches minces. Anticipée depuis longtemps, compte tenu de ses avantages en terme de coût (pas de découpe des plaquettes à partir de lingots de silicium), cette technologie est industriellement lancée. Tout d’abord avec la technique du silicium amorphe sur substrat souple. Malgré des rendements plus faibles, elle est massivement utilisée en toitures industrielles. Des modules verriers de plusieurs m2 d’un seul tenant commencent à être produits, tandis que de nouvelles formes de silicium en couches minces, de structure microcristalline ou nanocristalline, sortent des laboratoires avec des rendements plus élevés (autour de 10 % au lieu de 6-7 % pour l’amorphe). La révolution des couches minces s’est également illustrée de façon spectaculaire en 2007 par l’irruption sur le marché de panneaux solaires n’employant plus le silicium. Deux filières sont ainsi concernées : une filière au tellurure de cadmium (CdTe), et une filière au cuivreindium- sélénium (CIS) dans laquelle l’indium peut être aussi partiellement remplacé par du gallium et le sélénium par du soufre. Après des années de recherche, ces filières atteignent des performances remarquables qui surpassent celles du silicium amorphe et se rapprochent, pour le CIS, des performances atteintes par le silicium classique polycristallin. Le CdTe avec des rendements records de 16,5 % en laboratoire conduit à des modules de environ 10 % de rendement, tandis que le CIS, avec un rendement record récemment porté à 19,9 % conduit à des modules de 11- 14 % de rendement. La société américaine First Solar, qui commercialise les panneaux au CdTe, est passée en deux ans à la 5e place des producteurs en 2007 ! Les coûts de production des modules sont aujourd’hui les moins élevés du marché autour de 0,8 e/W ! L’entrée sur le marché des technologies CIS est plus récent, mais plusieurs compagnies sont lancées en particulier en Europe et au Japon, avec les sociétés Würth Solar et Sulfurcell pour l’Europe.

Pour être engagé depuis plus de 20 ans dans les recherches sur les filières CdTe et CIS à l’École nationale supérieure de chimie de Paris (Enscp), je mesure le chemin parcouru et l’importance de la prise de risque en recherche dont nous récoltons tous aujourd’hui les fruits. Un nouveau défi s’annonce au niveau mondial avec la mise au point de nouveaux procédés d’élaboration des cellules solaires en couches minces comme la synthèse électro chimique, qui devrait permettre une rupture majeure en matière de coût et de capacité de production. Nous y participons au travers de l’Institut de recherche et de développement de l’énergie photovoltaïque, organisme qui rassemble EDF, le CNRS et l’Enscp. Cette relation étroite entre recherche et industrie est une caractéristique particulière du photovoltaïque à laquelle il faut ajouter l’immense intérêt suscité par cette énergie auprès du public et de la société, qui a pourtant besoin d’être soutenue dans le contexte actuel de choix énergétiques, décisifs pour la planète. La conférence européenne qui se tiendra à Valence (Espagne) du 1 au 5 septembre 2008 et que j’aurai l’honneur de présider cette année, permettra à toutes les personnes concernées, professionnels ou prescripteurs, de faire le point sur l’avancée des techniques dans ce domaine.

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