Le principe des cellules solaires photovoltaïques
1. **Absorption et transmission des photons :** Lorsqu'ils sont exposés à la lumière, les photons dont l'énergie est inférieure à la largeur de la bande interdite ne sont pas absorbés et traversent la cellule solaire.
2. **Perte d'énergie dans les photons à haute énergie :** les photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite créent des paires électron-trou, ce qui entraîne une certaine perte d'énergie.
3. **Séparation et transport de charge :** Il y a des pertes dans la jonction pn en raison de la séparation et du transport des porteurs de charge photogénérés.
4. **Pertes par recombinaison :** Pendant le transport des porteurs photogénérés, des pertes par recombinaison se produisent.
5. **Chute de tension :** la tension de sortie subit une chute, ce qui entraîne des pertes de tension de contact.
Réduire les pertes électriques
1. Utilisez des plaquettes de silicium de haute qualité avec une bonne structure cristalline.
2. Développer des techniques idéales de formation de jonctions pn.
3. Mettre en œuvre des techniques de passivation optimales.
4. Utiliser des technologies de contact métallique efficaces.
5. Utiliser des technologies avancées de champ avant et de champ arrière.
Réduire les pertes optiques
Pour améliorer l'efficacité des cellules en minimisant les pertes optiques, diverses théories et technologies de piégeage de la lumière ont été développées, notamment la texturation de surface pour réduire la réflexion, les revêtements antireflets de surface avant, les revêtements réfléchissants de surface arrière et les zones d'ombrage de grille plus petites.
TOPCon (contact passivé à l'oxyde tunnel)
Structure des cellules solaires TOPCon
La face avant des cellules solaires TOPCon est similaire à celle des cellules solaires classiques de type N ou N-PERT, et comprend un émetteur en bore (p+), une couche de passivation et un revêtement antireflet. La technologie de base repose sur le contact arrière passivé, constitué d'une couche d'oxyde de silicium ultra-mince (1-2 nm) et d'un film mince de silicium mixte microcristallin dopé au phosphore. Pour les applications bifaciales, la métallisation est réalisée par sérigraphie de grilles d'Ag ou d'Ag-Al sur la face avant et de grilles d'Ag sur la face arrière.
Contact passivé à l'oxyde tunnel
La structure TOPCon, qui atteint un rendement de conversion élevé de 25,7 %, est composée d'une fine couche d'oxyde tunnel et d'une couche de polysilicium dopé au phosphore. Cette couche peut être obtenue par cristallisation de a-Si:H ou par dépôt de polysilicium par LPCVD. Cela fait de TOPCon un candidat prometteur pour la technologie des cellules solaires à haut rendement.
Technologie d'hétérojonction (HJT)
La technologie à hétérojonction (HJT) associe le silicium cristallin et le silicium amorphe en couches minces, pour des rendements supérieurs ou égaux à 25 %. Les cellules HJT surpassent la technologie PERC actuelle en termes de rendement et de puissance.
Structure des cellules solaires HJT
Les cellules HJT utilisent une plaquette de silicium monocristallin comme substrat. La face avant de la plaquette est successivement déposée avec des films a-Si:H intrinsèque et a-Si:H de type p pour former une hétérojonction pn. La face arrière est déposée avec des films a-Si:H intrinsèque et a-Si:H de type n pour former un champ de surface arrière. Des films d'oxyde conducteur transparent sont ensuite déposés, suivis d'électrodes métalliques par sérigraphie, ce qui donne une structure symétrique.
Avantages des cellules solaires HJT
- **Flexibilité et adaptabilité :** la technologie HJT garantit une excellente capacité de production même dans des conditions climatiques extrêmes, avec un coefficient de température inférieur à celui des cellules solaires traditionnelles.
- **Longévité :** les cellules solaires HJT peuvent fonctionner efficacement pendant plus de 30 ans.
- **Efficacité supérieure :** les panneaux HJT actuels atteignent des rendements compris entre 19,9 % et 21,7 %.
- **Économies de coûts :** le silicium amorphe utilisé dans les panneaux HJT est rentable et le processus de fabrication simplifié rend le HJT plus abordable.
Cellules solaires à pérovskite
Après avoir atteint un rendement de 4 % en 2009, les cellules solaires à pérovskite (PSC) ont atteint un rendement de 25,5 % en 2021, suscitant un vif intérêt universitaire. Leur rapide amélioration en fait une étoile montante du photovoltaïque.
Structure des cellules solaires à pérovskite
Les cellules pérovskites avancées se composent généralement de cinq composants : un oxyde conducteur transparent, une couche de transport d'électrons (ETL), une pérovskite, une couche de transport de trous (HTL) et une électrode métallique. L'optimisation des niveaux d'énergie et des interactions de ces matériaux à leurs interfaces demeure un domaine de recherche passionnant.
L'avenir des cellules solaires à pérovskite
Les recherches sur les pérovskites se concentreront probablement sur la réduction de la recombinaison par passivation et réduction des défauts, l'intégration de pérovskites 2D et l'optimisation des matériaux d'interface. L'amélioration de la stabilité et la réduction de l'impact environnemental sont des axes clés de recherche futurs.
Contrôle qualité dans la production de cellules solaires photovoltaïques
Gravure et texturation
Les dommages de surface sont éliminés par gravure, et la texturation crée une surface piégeant la lumière, réduisant ainsi les pertes par réflexion. La mesure de la réflectance permet de surveiller ce processus.
Diffusion et isolation des bords
Des couches de diffusion sont formées sur des plaquettes de silicium pour créer des jonctions p-n. Une couche de passivation est déposée pour améliorer l'efficacité des cellules solaires à couches minces, contrôlée par la durée de vie des porteurs minoritaires, l'épaisseur de la plaquette et l'indice de réfraction.
Revêtement antireflet
Un revêtement antireflet est appliqué sur la surface de la plaquette de silicium pour améliorer l'absorption lumineuse. Le dépôt électrochimique en phase vapeur (PECVD) permet de déposer une fine couche qui sert également de couche de passivation. La transmittance et l'uniformité de la résistance de couche sont des paramètres de mesure clés.
Fabrication d'électrodes
Les électrodes de grille sont sérigraphiées à l'avant, tandis que le champ arrière et les électrodes arrière sont imprimés à l'arrière. Le contrôle de la température, la précision des points et le rapport hauteur/largeur de la grille sont des indicateurs de surveillance essentiels pendant le séchage et le frittage.
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Date de publication : 03/08/2024
