Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La croissance constante de la demande en énergie associée au réchauffement climatique annoncé sont des facteurs très motivants pour le développement des cellules photovoltaïques les plus performantes et les moins coûteuses. Cet article passe en revue la chaîne de valeur de différentes technologies de fabrication des cellules photovoltaïques. Ainsi, il sera question des cellules à base de silicium cristallin et amorphe, voire une combinaison des deux. Il s’agira également des cellules en couches minces inorganiques (CdTe, CIGS, GaAs…), organiques (polymères, petites molécules) et également hybrides organique-inorganique (DSSC, pérovskites). Cet article aborde également le marché photovoltaïque en s’intéressant aux usages, à l’évolution de la demande et aux coûts.
The ever-increasing demand for energy combined with global warming have been the driving forces toward the development of the most efficient photovoltaic cells, and the search for innovative processes to drastically reduce manufacturing costs. This review reports on the value chain of several photovoltaic cell manufacturing technologies, some of which are already on the market, while others are still at the research stage or at best being developed by start-ups. These include crystalline and amorphous silicon cells, or a combination of the two. Inorganic thin-film cells (CdTe, CIGS, GaAs...), organic thin-film cells (polymers, small molecules) and organic-inorganic hybrid cells (DSSC, perovskites) are also covered. The review also looks at the photovoltaic market in terms of uses, demand trends and costs.
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Abdelilah SLAOUI : Directeur de recherche CNRS - Laboratoire des sciences de l’ingénieur, de l’informatique et de l’imagerie - ICube, CNRS, université de Strasbourg, Illkirch-Graffenstaden, France
INTRODUCTION
La conversion directe de la lumière du soleil en électricité grâce au photovoltaïque (PV) a déjà franchi le seuil de rentabilité économique par rapport aux autres sources de production d’électricité, et ce dans plusieurs régions du monde. Ceci a pu avoir lieu à cause de la conjugaison de plusieurs facteurs : un progrès technique important aux niveaux des matériaux et des composants permettant d’augmenter les rendements de conversion à des valeurs proches des limites théoriques, une demande très forte de panneaux photovoltaïques justifiée par une volonté mondiale de réduction des émissions de CO2, et enfin des investissements colossaux dans les usines de production des semi-conducteurs, et en particulier du silicium, et de fabrication de cellules et modules. Par ailleurs, alors même que la cellule photovoltaïque en fonctionnement produit de l’électricité sans aucun rejet dans l’atmosphère, beaucoup de procédés actuels de fabrication mettent en jeu trop de matériaux critiques (métaux nobles, Pb…) ou des opérations qui nécessitent l’usage de produits chimiques, des gaz toxiques et des traitements énergivores.
Cet article présente les différentes filières d’élaboration du dispositif photovoltaïque en se concentrant sur les matériaux utilisés et les technologies associées. Les procédés de fabrication des composants photovoltaïques, fortement liés aux matériaux absorbants le rayonnement (semi-conducteurs inorganiques, polymères…) pour la conversion seront détaillés et plusieurs verrous d’ordres technologiques et écologiques restant encore à lever seront mentionnés. Les rendements de conversion actuels et potentiels des composants photovoltaïques seront présentés et commentés.
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MOTS-CLÉS
semi-conducteur Silicium cellule solaire cellule en couche mince inorganique cellule en couche mince organique cellule en couche mince hybride
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2007 par Jean-Claude MULLER
- Version archivée 2 de janv. 2013 par Abdelilah SLAOUI
- Version archivée 3 de avr. 2016 par Abdelilah SLAOUI
- Version archivée 4 de nov. 2019 par Abdelilah SLAOUI
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Glossaire
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3. Conclusion
Compte tenu des données techniques et économiques présentées ci-dessus, on peut être certain que l’énergie solaire photovoltaïque participera d’une façon significative à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Concernant les filières technologiques pour la production des panneaux photovoltaïques répondant à cette forte demande, plusieurs pistes sont envisagées :
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dans le cas de la technologie silicium encore fortement dominante actuellement, il s’agit d’utiliser des plaquettes ultraminces (< 150 μm d’épaisseur), de dopage de type n et très pures, de développer des procédés innovants pour réaliser des cellules à très haut rendement (> 27 %) et de réduire le coût de fabrication des modules en inventant des architectures de cellules nécessitant un minimum de manutention ;
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dans le cas des technologies couches minces, il s’agit de développer des méthodes de croissance des films très peu coûteuses et exemptes de matériaux chers, rares et parfois nocifs en favorisant la mise en œuvre de matériaux abondants (zinc, cuivre, silicium…) ; les modules en matériaux organiques et hybrides (de type pérovskite) auront une part importante dans les niches à forte valeur ajoutée demandant du flexible et répondant aux besoins nomades (chargeur) ;
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la combinaison de différents matériaux absorbants pour fabriquer des cellules en tandem (ou hétérojonction) en vue d’une meilleure exploitation du spectre solaire permettra certainement dans un avenir proche de réaliser des composants à très haut rendement de conversion (> 40 %). Les mieux placées actuellement sont les cellules tandem silicium amorphe/silicium cristallin et pérovskite (MAPbI3) sur silicium cristallin.
Concernant le marché photovoltaïque, tous les feux sont au vert avec une production d’électricité et des capacités installées en forte croissance ainsi que des prix en baisse continue (le coût du solaire PV a diminué de près de 80 % en quelques années). Ces indicateurs sont les témoins d’un développement massif de cette source d’énergie dans le portfolio des usages. Il faudra cependant se pencher sérieusement sur les possibilités de stockage de cette source d’énergie intermittente pour permettre un plus large déploiement. L’utilisation des batteries, en particulier les batteries redox flow, peuvent...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GOETZBERGER (A.), LUTHER (J.), WILLEKE(G.) - Proc. 12th Int’I PVSEC Conf., Jeju, Korea - , p. 5 (2001).
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(2) - World Energy Outlook 2018, - International Energy Agency, ISBN 978-92-64-12413-4 (2011).
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(4) - GREEN (M.A.), WANG (A.), ZHENG (G.F.), ZHANG (Z.), WENHAM (S.R.), ZHAO (J.), SHI (Z.), HONSBERG (C.B.) - * - Proc. 12th EC PVSEC Amsterdam, p. 776 (1994).
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(6) - TAGUCHI (M.) et al - HIT cells-high efficiency crystalline Si cells with novel structure. - Prog....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU/PVSEC) http://www.photovoltaic-conference.com
IEEE Photovoltaic Specialist Conference (IEEE PVS) http://www.ieee-pvsc.org
European Materials Research Society Conference (E-MRS)
Journées nationales sur le Photovoltaïque (JNPV)
Journées nationales de l’Énergie solaire (JNES)
HAUT DE PAGE
http://www.photovoltaique.info/Normes-et-guides-des-circuits.html
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