Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 13 : Fabrication des cellules et modules photovoltaïques
Guidance

Comme nous l'avons déjà signalé, le silicium amorphe se comporte comme un matériau trè différent du silicium cristallin. Comme les atomes sont fixés les uns aux autres de façon désordonnée, il ne possède pas de "largeur de bande interdite". Plus exactement, le réseau comporte un grand nombre de "liaisons pendantes", c'est-à-dire d'atomes de Si qui ne sont reliés qu'à trois voisins seulement, et qui présentent donc un électron libre sur la couche extérieure. Ceci entraîne l'existance d'un grand nombre de niveaux d'énergie locaux qui occupent ce qui devrait être la bande interdite.

La solution consiste à obtenir un silicium contenant beaucoup d'hydrogène. Les atomes d'hydrogène vont en effet passiver les liaisons pendantes, et, en faisant ainsi disparaître les niveaux locaux de valeur intermédiaires, creuser une "pseudo-largeur de bande interdite". La pseudo-largeur de bande interdite du a-Si:H s'élève à 1.7 V , contre 1.1 V pour la bande interdite du c-Si. Ceci explique la grande différence de comportement entre les deux matériaux.

Ce n'est qu'en 1972 que l'on a pu précipiter du silicium amorphe avec une teneur importante en hydrogène. On a utilisé pour cela une décharge à plasma dans du silane à 250°C.

Les cellules obtenues à cette époque n'étaient guère utilisables que dans des gadgets car elle vieillissaient très rapidement suite à la libération de leur hydrogène. Actuellement, des progrès semblent avoir été effectués puisque des fabricants offrent des garanties analogues à celles des modules au silicium cristallin.

L'inconvénient de ces modules reste leur rendement plus faible, ce qui nécessite à puissance produite égale une surface plus grande.

Les prix (par W nominal) sont similaires à ceux du silicium cristallin, ce qui ne plaide pas en faveur du silicium amorphe. C'est cependant une conséquence logique des lois économiques puisque actuellement la production de modules solaires est inférieure à la demande, ce qui tend à uniformiser les prix vers le haut.

Notons toutefois que les modules au silicium amorphe offrent une moindre sensibilité à la température (normal puisque la bande interdite est plus large) que leurs performances se dégradent moins par faible éclairement (normal, puisqu'elles sont déjà médiocres en régime nominal) et qu'elles sont moins sensibles au phénomène de point chaud (normal puisque ce sont de moins bonnes cellules).

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Du point de vue de la fabrication, le silicium amorphe est avantageux car il est précipité à une température de 250°C. On peut donc utiliser des supports bon marché, et en particulier le verre qui peut constituer la face avant du module à condition d'avoir été préalablement couvert d'un conducteur transparent. Le fait que la température de fabrication soit plus basse diminue aussi la consommation d'énergie lors de la fabrication.
Un autre avantage tient au fait que le silicium amorphe est plus opaque à la lumière que le silicium cristallin. Ceci permet de réaliser les cellules avec des couches plus minces, donc d'effectuer une écomie de matière.

La constitution de la jonction peut se faire par dépôt de trois couches de silicium amorphe, une couche de type p, une couche de type i (non dopée, afin d'obtenir un volume de jonction plus grand) et une couche de type n. Cette fabrication peut s'effectuer en continu, donc avec peu de main d'oeuvre.

La couche de silicium amorphe peut être coupée au laser. Ceci permet de fabriquer directement le module par une suite d'opérations de précipitations, de découpage et de sérigraphie. Cette suite est complexe, mais peut être automatisée, ce qui réduit les coûts de production à condition que la chaîne de production fonctionne à pleine capacité pendant toute sa durée de vie. Les risques d'un tel pari sur l'avenir du marché ont tendance à décourager les investisseurs, ce qui explique que la production reste inférieure à la demande... et que les prix (à puissance nominale égale) s'alignent sur ceux des modules au silicium cristallin.

Dernière mise à jour le 12-05-2005