Une nouvelle étape vers des cellules solaires à haut rendement
La technologie du photovoltaïque permet de générer de l'électricité à partir du soleil. La réduction des coûts de production des modules à base de silicium cristallin la rend de plus en plus concurrentielle. Cette tendance suscite une nouvelle génération de dispositifs photovoltaïques à très haut rendement tels que ceux conçus par le projet HERCULES. Le rendement d'une cellule solaire photovoltaïque indique la proportion de lumière solaire disponible qu'elle est capable de convertir en électricité. «Un rendement plus élevé se traduit par un plus grand nombre de Watts générés, ce qui réduit en fin de compte le coût de chaque module», déclare Delfina Munoz du Département des Technologies Solaires du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), partenaire coordinateur du projet. «Par ailleurs, il permet d'utiliser moins d'espace pour la même capacité énergétique, ce qui réduit également les coûts de production associés», ajoute-t-elle. Coordonné par le CEA et l'INES (Institut national de l'énergie solaire), HERCULES a réuni 15 partenaires de France, Allemagne, Suisse, Espagne, Norvège, Pays-Bas et Hongrie. Son objectif a été de surmonter les difficultés techniques liées à l'amélioration des performances des cellules solaires actuelles. Delfina Munoz explique que «la limite théorique de l'efficacité des cellules solaires au silicium est d'environ 29 %. Le fait d'atteindre ne serait-ce que 25 % est une tâche ardue qui exige une optimisation poussée de tous les paramètres affectant le rendement.» HERCULES a tenté d'accroître le rendement en utilisant une nouvelle conception qui permettra de produire les dispositifs photovoltaïques de façon simple, efficace et rentable. Actuellement, les cellules solaires ont un rendement compris entre 18 et 20 %. Le concept du projet consiste à développer des structures innovantes basées sur une forme monocristalline du silicium (silicium monocristallin de type n ou c-SI), qui intègrent à la fois des technologies d'hétérojonction bifaciale (SHJ) et de contact arrière interdigité (IBC). Une cellule solaire SJH combine des couches de silicium monocristallin et amorphe, une structure qui minimise les pertes de puissance. La technologie IBC permet d'obtenir plus de courant en plaçant les contacts à l'arrière de la cellule. Ce procédé élimine les effets d'ombrage dus à la présence d'autres matériaux sur la surface du dispositif. Dans un système photovoltaïque, l'ombrage est l'une des principales causes de pertes. Il peut avoir un effet disproportionné en réduisant l'efficacité de la surface de l'appareil dans son ensemble. Au cours des trois années du projet, qui s'est achevé en novembre 2016, le consortium HERCULES a réussi à développer à l'échelle du laboratoire des cellules solaires SHJ de grande taille atteignant un rendement de près de 23 %. Meyer Burger en Suisse et INES en France, partenaires du projet, ont développé des lignes pilotes et sont en mesure de produire 2 400 galettes à l'heure. Ils ont également démontré leur capacité de production industrielle en fabriquant plus de 100 000 cellules SHJ ayant un rendement supérieur à 22 %. Le consortium a également fabriqué une cellule IBC ayant un rendement supérieur à 24 % et produit de façon industrielle 1 200 cellules de ce type. Il a d'autre part conçu des dispositifs IBC-SHJ à haut rendement présentant un rendement supérieur à 22,5 % et le projet a travaillé sur de nouvelles solutions techniques pour connecter plus efficacement les cellules solaires dans les panneaux. «L'une des clés du succès consiste à maintenir des coûts bas. Nous avons démontré un coût total de possession inférieur à 0,4$ par Watt (en puissance de crête, lorsque le dispositif bénéficie d'un rayonnement solaire maximal) à la fois pour les technologies IBC et SHJ», déclare Delfina Munoz. «Cette mesure, qui détermine les coûts de possession directs et indirects, montre que nos dispositifs à très haut rendement sont d'ores et déjà en mesure de concurrencer les panneaux solaires actuels.»
Mots‑clés
HERCULES, photovoltaïque à très haut rendement, énergie solaire, cellules solaires à contact arrière, hétérojonction bifaciale (SHJ) et contact arrière interdigité (IBC)
