Le principe des cellules photovoltaïques solaires
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 de haute énergie :** Les photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite créent des paires électron-trou, ce qui entraîne une perte d'énergie.
3. **Séparation et transport des charges :** Il y a des pertes au sein de la jonction pn en raison de la séparation et du transport des porteurs de charge photogénérés.
4. **Pertes par recombinaison :** Lors du transport des porteurs photogénérés, des pertes par recombinaison se produisent.
5. **Chute de tension :** La tension de sortie subit une chute, entraînant des pertes de tension de contact.
Réduction des pertes électriques
1. Utiliser 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 de pointe en première et en deuxième ligne.
Réduction des 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 la surface avant, les revêtements réfléchissants de la 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 conventionnelles de type N ou N-PERT : elle comprend un émetteur de bore (p+), une couche de passivation et un revêtement antireflet. La technologie de base réside dans le contact passivé arrière, constitué d’une couche ultra-mince d’oxyde de silicium (1 à 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’argent (Ag) ou d’argent-aluminium (Ag-Al) sur la face avant et de grilles d’argent sur la face arrière.
Contact passivé par oxyde de 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 dopée au phosphore. Cette dernière peut être obtenue par cristallisation de a-Si:H ou par dépôt de polysilicium par LPCVD. Ces caractéristiques font de TOPCon une solution prometteuse pour les cellules solaires à haut rendement.
Technologie à hétérojonction (HJT)
La technologie à hétérojonction (HJT) combine les technologies de silicium cristallin et de couches minces de silicium amorphe, atteignant des rendements de 25 % ou plus. Les cellules HJT surpassent la technologie PERC actuelle en termes de rendement et de puissance de sortie.
Structure des cellules solaires HJT
Les cellules HJT utilisent une plaquette de silicium monocristallin comme substrat. La face avant de la plaquette est recouverte successivement d'un film de a-Si:H intrinsèque et d'un film de a-Si:H de type p pour former une hétérojonction pn. La face arrière est recouverte d'un film de a-Si:H intrinsèque et d'un film de a-Si:H de type n pour former un champ de surface. Des films d'oxyde conducteur transparents sont ensuite déposés, suivis d'électrodes métalliques par sérigraphie, ce qui permet d'obtenir une structure symétrique.
Avantages des cellules solaires HJT
- **Flexibilité et adaptabilité :** La technologie HJT garantit une excellente capacité de production même dans des conditions météorologiques 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 %.
- **Réduction des coûts :** Le silicium amorphe utilisé dans les panneaux HJT est économique, et le processus de fabrication simplifié rend le HJT plus abordable.
Cellules solaires à pérovskite
Ayant atteint un rendement initial de 4 % en 2009, les cellules solaires à pérovskite (CSP) ont culminé à 25,5 % de rendement en 2021, suscitant un vif intérêt dans le milieu universitaire. Cette progression fulgurante les positionne comme une technologie émergente prometteuse dans le domaine du photovoltaïque.
Structure des cellules solaires à pérovskite
Les cellules pérovskites avancées sont généralement composées de cinq éléments : un oxyde conducteur transparent, une couche de transport d’électrons (ETL), la 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 constitue un domaine de recherche prometteur.
Avenir des cellules solaires pérovskites
Les recherches sur les pérovskites s'orienteront probablement vers la réduction de la recombinaison par passivation et diminution 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 constituent des axes de recherche prioritaires.
Contrôle de la qualité dans la production de cellules photovoltaïques solaires
Gravure et texturation
Les défauts 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 contrôler ce processus.
Diffusion et isolation des bords
Des couches de diffusion sont formées sur des plaquettes de silicium pour créer des jonctions pn. Une couche de passivation est déposée afin d'améliorer le rendement des cellules solaires à couches minces, rendement contrôlé 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 afin d'améliorer l'absorption de la lumière. La technique PECVD est utilisée pour déposer une couche mince qui sert également de couche de passivation. La transmittance et l'uniformité de la résistance de surface sont des paramètres de mesure essentiels.
Fabrication d'électrodes
Les électrodes de la grille sont sérigraphiées sur la face avant, tandis que les électrodes de champ arrière et les électrodes arrière sont imprimées sur la face arrière. Le contrôle de la température, la précision des points et le rapport d'aspect de la grille sont des indicateurs de surveillance essentiels pendant le séchage et le frittage.
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Date de publication : 3 août 2024
