Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Dans cet article, on s'intéresse aux différentes filières d'élaboration du dispositif photovoltaïque: tout d'abord , les avantages et les inconvénients de la première génération de cellules à base de silicium cristallin,principalement monocristallin et multicristallin; ensuite, les propriétés des cellules inorganiques en couches minces, à base de silicium ou d’autres éléments ; et enfin les concepts avancés pour atteindre des très hauts rendements. Le dernier paragraphe est consacré à l’état actuel du marché photovoltaïque en termes de production de modules et de leurs coûts et à la place de l’énergie photovoltaïque dans le portfolio de production mondiale de l’énergie.
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This manuscript [BE 8579] reviews the development of potential materials and associated technologies for photovoltaic applications. We start by the advantages and disadvantages of the first generation of solar cells based on crystalline silicon materials, namely monocrystalline and polycrystallin. Then we discuss the properties of thin films based solar cells, inorganic materials such as CIGS and CdTe, organic materials (polymers and small molecules) or hybrid materials (DSSC, Perovskites). We will also briefly describe the advanced concepts which enable to achieve very high efficiencies. The last paragraph is devoted to the current status of the photovoltaic market in terms of module production and related costs. Finally, we discuss the role of photovoltaic energy as part of the global energy mix.
Auteur(s)
-
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.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
solar modules | solar cells | optoelectronics
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
DOI (Digital Object Identifier)
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Filières technologiques1. Options et perspectives
La recherche sur les cellules solaires continue d’améliorer l’efficacité des cellules solaires, avec des objectifs visant à atteindre la limite actuellement acceptée de 29-30 %. Les résultats de l’efficacité des cellules solaires produites commercialement ont quelques années de retard sur les résultats de l’efficacité des cellules produites en laboratoire. Des modules d’une efficacité supérieure à 22 % sont désormais disponibles dans le commerce. Pour un coût de module donné, les modules plus efficaces sont également plus rentables, car moins de coûts supplémentaires (tels que la surface au sol, les coûts de câblage, etc.) sont nécessaires pour générer la même quantité d’énergie. En fin de compte, cela signifie que plus un module photovoltaïque est efficace, et donc plus i rentable, plus l’énergie photovoltaïque sera une source d’électricité attrayante pour les utilisations domestiques et industrielles. L’impact de l’efficacité des modules sur le coût de l’électricité est illustré figure 1.
Ainsi, avec des modules plus efficaces, le coût par unité de surface peut être beaucoup plus élevé pour un objectif donné de coût de l’électricité en kilowattheures (kWh). Par exemple, pour atteindre l’objectif proposé de 6 cents/kWh avec des modules d’un rendement de 10 %, il faut que les coûts des modules soient inférieurs à 10 $/m2. Avec des modules d’une efficacité de 20 %, il est encore possible d’atteindre l’objectif proposé avec des modules de 75 $/m2. Les objectifs de recherche actuels visent à atteindre environ 3 cents/kWh.
Concernant les technologies de cellules/modules photovoltaïques, pour simplifier, on considère qu’il y a trois générations.
La première génération utilisant des plaquettes en silicium montées en module est actuellement mature, et les progrès concernent au niveau matériau la réduction du coût de la matière première (silicium charge et/ou épaisseur des plaquettes), au niveau de la cellule via la réduction des pertes optiques et électriques, l’amélioration des effets de passivation, la diminution du nombre d’étapes de leur fabrication (via l’automatisation par exemple) et au niveau module via l’architecture d’assemblage (verre/verre par exemple) et les pertes ohmiques de connexion. Grâce au coût du watt-crête qui a énormément baissé ces dix dernières années,...
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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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(3) - WOLDEN (C.A.) et al - * - J. Vac. Sci. Technol., A29, p. 3 (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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