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RÉSUMÉ
Les technologies photovoltaïques couches minces offrent d’énormes avantages, comparativement à la filière au silicium cristallin. Citons entre autres la grande flexibilité de taille et de forme, la possibilité d’intégration sur toutes sortes de substrats, et une large gamme de tensions et de courants. Pourtant, sur l’aspect économique, la bataille n’est pas encore gagnée, le handicap majeur restant le coût de fabrication des modules, une progression serait donc nécessaire en termes de rendement et de volume de production.
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Alain RICAUD : Gérant de CYTHELIA Consultants (Savoie-Technolac) - Professeur associé à l’Université de Savoie - Ancien directeur de France-Photon (Angoulême), Solarex Corp (Frederick, Md), et Solems SA (Palaiseau)
INTRODUCTION
On sait les difficultés rencontrées par la filière au silicium cristallin à ses débuts, pour avoir voulu démarrer sa carrière en remplacement des groupes Diesel sur un marché non solvable (les pompes africaines) aux besoins immenses, et sur un marché solvable (les faisceaux hertziens) aux besoins relativement limités. On pourrait donc penser a priori que si les couches minces ne sont pas capables de se substituer à la filière cristalline, par un coût de production moindre pour des performances semblables, leur avenir est sérieusement compromis. Ce serait ne pas voir les avantages concurrentiels propres aux filières « couches minces ».
Les caractéristiques des cellules photovoltaïques en couches minces qui dans certaines applications, peuvent les rendre plus attrayantes ou plus performantes que les cellules cristallines sont :
-
la grande flexibilité de taille et de forme permettant de faire des modules sur mesure ;
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l’esthétique (couleur foncée, homogène et uniforme, connections des cellules en série presque invisibles à l’œil) ;
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une gamme variée de tensions et de courants dont les limites ne sont fixées que par l’optimisation des largeurs de bandes ;
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la possibilité de les rendre vraiment semi-transparentes ;
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la possibilité de les intégrer sur toutes sortes de substrats, notamment des supports souples ;
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la capacité de faire des générateurs 12 V de petite taille beaucoup moins chers que les générateurs cristallins équivalents (pénalisés par la découpe et les coûts d’assemblage de petites cellules) ;
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la capacité de faire des générateurs monolithiques de très grande taille (jusqu’à 2 m2).
Les technologies photovoltaïques des couches minces devront affronter plusieurs obstacles dans leur quête de diminution des coûts pour devenir compétitives avec les sources traditionnelles d’électricité.
Indépendamment des aspects commerciaux, de circuits de distribution et de marges de distributeurs, qui gouvernent à l’heure actuelle le prix de vente final au consommateur, vu sous l’angle du producteur industriel, pour améliorer les coûts des modules il est nécessaire de progresser sur trois fronts :
-
la performance des modules (rendement ou Wc/m2) ;
-
le coût de fabrication (€/m2) ;
-
le volume de production (économie d’échelle).
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Production de masse
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1. Applications des couches minces
1.1 Petites puissances
Il existe une multitude d’options prix/rendement/qualité pour les petits modules, dans les domaines des applications professionnelles et grand public, de petite puissance où ils sont intégrés par les fabricants eux-mêmes dans leurs propres boîtiers.
Pour le grand public, on y trouve des objets aussi divers que les calculettes de poche, les montres, les sonnettes de portes, les lampes de poche, les détecteurs de présence, les lampes de jardin, les toits ouvrants d’automobiles, les modules souples pour le camping et la navigation de plaisance.
Pour les professionnels, il y a les clôtures électriques, l’instrumentation scientifique, les parcmètres urbains, les téléphones d’urgence autoroutiers, les casques à soudure, les paratonnerres, etc.
Au-dessous de 5 Wc, la performance des produits n’est pas déterminée par la densité de puissance (le rendement), pas plus que par le prix par watt-crête (Wc). Elle est principalement définie par la flexibilité de l’outil de production, les considérations esthétiques, la capacité d’intégration et le prix par unité de surface. Ces critères font que les photopiles en films minces sont beaucoup mieux adaptées à ces marchés que les photopiles traditionnelles.
HAUT DE PAGE1.1.1 Produits grand public à usage intérieur
Il s’agit de micromodules de puissance inférieure à 1 Wc, dont la quasi-totalité utilise les technologies des films minces (silicium amorphe-a-Si:H, dont Sanyo est le leader incontesté, et tellure de cadmium – CdTe utilisé par Matsushita-Panasonic pour les afficheurs des calculettes et des montres). Ce segment qui fit la gloire des sociétés japonaises au début des années 1980, n’a une croissance moyenne que de 5 % par an et n’entre pas toujours dans les statistiques officielles dans la mesure où il ne peut être quantifié en termes de watts-crête, mais en termes de surface (puisque la puissance électrique délivrée ne l’est pas sous un soleil, mais sous quelques centaines de lux). En 2003, le volume des ventes mondiales de ce segment était de l’ordre de 85 000 m2 et le chiffre d’affaire de 107 M€, en croissance de 7 % par an.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RICAUD (A.) - Panorama des évolutions technologiques - . Journée du 10 déc. 1998 sur le Développement du solaire photovoltaïque, SFT, SEE, Paris.
-
(2) - ZWEIBEL (K.) – NREL - Issues in Thin Film PV Manufacturing Cost Reduction - . Solar Energy and Solar Cells (1999).
-
(3) - ZWEIBEL (K.) - Thin Films : Past, Present, Future - . Progress in Photovoltaics, vol. 3, no 5, sept./oct. 1995.
-
(4) - RICAUD (A.) - PV Euromed - . Istanbul, feb. 1992.
-
(5) - ANDERSSON (B.), AZAR (C.), HOLMBERG (J.), KARLSSON (S.), LINDGREN (K.) – Institute of Physical Resource Theory, Chalmers University of Technology and Göteborg University, Sweden - Material constraints in a global energy scenario based on thin-film solar cells - . World Renewable Energy Congress, Denver, 15-21 june 1996.
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(6) - AZAR (C.), HOLMBERG (J.), LINDGREN (K.) - Socio-ecological...
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