Portail solaire
 

Le photovoltaïque

Silicium | Cellules | Modules | Couches minces | Onduleurs | Systèmes de montage | Alimentation électrique d’une maison individuelle | Connecteurs et câbles | Trackers | Sites isolés | Protection | Systèmes de surveillance | Rayonnement solaire | Aides | Histoire du photovoltaïque


Couches minces

Avantages des couches minces :

  • plus économe en matériau (épaisseur de 2-3 microns)
  • coût de production réduit
  • faible consommation énergétique durant le cycle de production
  • bon coéfficient de température
  • capacité de produire de grandes plaques où l'interconnexion des cellules est intégrée
  • applications flexibles

Techniques de dépôt

Il existe plusieurs techniques de dépôt des couches minces, notamment des techniques sous vide et des réactions chimiques en phase vapeur.

Silicium amorphe


Fabricants de modules au silicium amorphe: Alti (Corée), Amelio Solar (USA), Amplesun (Chine), Auria Solar (Taiwan), Bangkok Solar (Thailand), Blue Star Terra (Chine), Baoding Tianwei Solarfilms (Chine), Bosch (Allemagne), Centennial (Canada), Chi Mei Energy (Taiwan), CN Solar (Chine), DuPont Apollo (Chine), ecoSolargy (Canada), Epod Solar (Canada), EPV (USA),Flexcell (Suisse), Formosun (Taiwan), Free Energy Europe (France), Fuji Electric (Japon), General Solar Power (Chine), Genesis Energy (Hongrie), Getwatt (Corée), Green Energy (Taiwan), Grupo Unisolar (Espagne), GS Solar (Chine), Han Fung Solar (Taiwan), Heliodomi (Grèce), HHV (Inde), Jiasheng Solar (Chine), JN Solar (Chine), Jumao Photonics (Chine), Kaneka (Japon), Kenmos (Taiwan), Malibu (Allemagne), Masdar PV (Allemagne), Mitsubishi (Japon), Moncada (Italie), NexPower (Taiwan), Nuon Helianthos (Pays-Bas), Onyx (Espagne/Chine), Pfixx (Pays-Bas), Polar PV (Chine), PowerFilm (USA), Pramac (Swiss), QS Solar (Chine), Rixin (Chine), Schott (Allemagne), Sencera (USA), Signet (Allemagne), Sinonar (Taiwan), Solar Plus (Portugal), Solarpro (Bulgarie), Solartech Energy (Taiwan), Solems (France), ST Solar (Chine), Sungen (Chine), Sunner Solar (Taiwan), Suntech (Chine), Sun Well Solar (Taiwan), Suoyang (Chine), Tianjin Jinneng (Chine), Titan Solar (Inde), Topray (Chine), Trony (Chine), Uni-Solar (USA), Xunlight (USA),...


Cellule Uni-Solar
 



Le silicium amorphe a une structure atomique désordonnée, c.a.d. non cristallisée. Cependant, il possède un coefficient d'absorbtion de la lumière environ 1000 fois supérieur au silicium cristallin. Une fine couche de 3 micromètres (0,0003 mm) est donc suffisante pour absorber l'essentiel des rayonnements solaires.

Le silicium amorphe est fabriqué à partir de silane (SiH4). Les réactifs sont injectés à l’état gazeux dans une enceinte sous-vide et déposés par plasma sur une surface de verre ou de métal. Le silicium et l’hydrogène sont libérés et reforment un matériau solide qui sera dopé par d’autres éléments introduits sous forme gazeuse pour créer des couches p et n. Des couches d'oxyde conductrices et transparentes sont ajoutées, afin de permettre la transmission du courant. La mise en série est réalisée par un découpage au laser des différentes couches, permettant de mettre en contact l'électrode (-) d'une photopile avec l'électrode (+) de la suivante. De nombreuses petites cellules connectées en rangées offrent des courants plus faibles et des tensions plus élevées. Ces dernières minimisent les pertes de puissances dans les parcours de câbles.

Les cellules produites ont des rendements de 5 à 7 % (simple jonction). Elles sont couramment utilisées pour des applications de faible densité de puissance (montres, calculatrices, etc).


Fabricants d'équipement de production pour modules en silicium amorphe et micromorphe:

Nom Pays Prodruit    
         
Anwell Chine Sunlite 120    
Bay Zu Taïwan SH Series, SV Series    
CS Energy Chine SNO2-1    
HHV Inde Saara    
Innovative Systems USA iFAB / bFAB    
NanoPV USA NanoPV TCLO    
Oerlikon Solar Suisse FAB 1200 / THINFAB    
Ulvac Japon Amateraus    


Uni-Solar
Uni-Solar - Alwitra

Mitsubishi
Mitsubishi



Des lignes de production "clés en main" sont fournies par Anwell (Chine), Applied Materials (USA), Centrotherm (Allemagne), Energosolar (Hongrie), Oerlikon (Suisse), Ulvac (Japon),...

   



 Cellules micromorphes


Fabricants de cellules micromorphes: Astronergy-Chint (Chine), Best Solar (Chine), Beyond PV (Taïwan), Bosch Solar (Allemagne), ENN Solar (Chine), Gadir (Espagne), HelioSphera (Grèce), Inventux (Allemagne), Kaneka (Japon), Masdar PV (Allemagne), Mitsubishi (Japon), Moser Baer (Inde), NexPower (Taiwan), Sharp (Japon), Sunfilm (Allemagne), T-Solar (Espagne),...

 


Cellule Inventux
 


Les cellules sont composées d'une couche de silicium microcristallin et d'une couche de silicium amorphe, deux matériaux qui absorbent la lumière dans des plages différentes du spectre, d'où une meilleure exploitation de l'énergie solaire. Les cellules atteignent un rendement d'environ 8 %.


Des lignes de production "clés en main" sont fournies par Applied Materials (USA), Oerlikon (Suisse),...

 

 


Cadmium-tellurid

Il existe quelques fabricants de cellules en Cadmium-tellurid: Abound (USA), Arendi (Italie), Calyxo (Allemagne), Canrom (Canada), First Solar (USA), PrimeStar Solar (USA), Second Solar Century (Allemagne), Sunovia (USA), Willard & Kelsey Solar (USA),...


Tellur
Le tellure


Ce semi-conducteur est caractérisé par une forte absorption de la quasi-totalité du spectre visible. Il est en générale déposé sur du sulfure de cadmium (CdS) de type n. Ce procédé permet d'atteindre les côuts de production les plus faibles. Ce qui risque de freiner le développement de ces techniques, c'est la toxité du cadmium. C'est avant tout un problème d'image, car le risque est surtout lié à la manipulation en usine et peut être maitrisé.


First Solar
Abound
Abound Solar (face arrière)

 

CIS (Cuivre, Indium, Selenid) ou CIGS (Cuivre, Indium, Gallium, Selenid)

Fabricants de cellules CIS ou CIGS: Applied Quantum Technology - AQT (USA), Ascent Solar (USA), Avancis (Allemagne, coopération de Shell et Saint-Gobain), Bosch Solar (Allemagne), CIS Solartechnik (Allemagne), DayStar (USA), Flisom (Suisse), Global Solar (USA), Heliovolt (USA), Honda Soltec (Japon), ISET (USA), Jenn Feng (Taiwan), Johanna Solar (Allemagne), Me2Solar (Inde), Miasolé (USA), Nanosolar (USA), Odersun (Allemagne), PVflex (Allemagne), Ritek (Taiwan), Scheuten (NL), Shurjo (Inde), Solibro Q-Cells (Allemagne), Showa Shell (Japon), Shurjo (Inde), Solar Frontier (Japon), Solarion (Allemagne), Solo Power (USA), Solyndra (USA), Stellaris (USA), Stion (USA), Sulfurcell (Allemagne), Sunvim (Chine), Titan Solar (Inde), TSMC (Taïwan), Würth Solar (Allemagne), XsunX (Taïwan), Yohkon Energía (Espagne)...

 


Indium

Gallium
Gallium

Les cellules CI(G)S sont constituées d’un empilement d’une couche métallique de molybdène, de 0,5 micron d’épaisseur, déposée sur du verre. Elle sert de contact arrière. Puis est déposée une couche CIGS de type p, d’environ 1,5 micron, qui absorbe la lumière. Suit une mince couche de CdS (Cadmiuimsulfid) d’environ 50 nm, Pour des raison écologiques et pour augmenter le rendement on essaie de remplacer de plus en plus cette couche de CdS par une couche de ZnS.
Et enfin une couche de ZnO (oxyde de zinc) de type n, d’environ 1 micron d’épaisseur, servant aussi de contact avant conducteur et transparent. L'oxyde de zinc est parmi les oxydes transparents et conducteurs les plus prometteurs dans le domaine du photovoltaïque. En effet, il joue le rôle de fenêtre optique permettant de capter plus de photons.
La cellule est complétée par le dépôt d'une grille de contact en alluminium. Les cellules CI(G)S permettent d'atteindre des rendements théoriques jusqu'à 25 %. En production industrielle on arrive à des rendements d'environ 11 %. Les modules au

CIGS présentent un potentiel d'économies considerable. Néanmoins, les approvisionnements en indium et sélénium sont limités à long terme.



 

Würth
Würth
Solibro
Solibro




CIS sur substrat flexible

Global Solar
Global Solar
 

 


Fabricant de systèmes de dépôt de couche conductrice (TCO)

Fabricant Pays Produit Mode de dépôt  
         
AJA USA ATC, ATC Orion Pulvérisation cathodique
Applied Materials USA Aton PVD Pulvérisation cathodique
Arkema France Certincoat CVD
FHR/Centrotherm Allemagne FHR Inline SH 2500 Pulvérisation cathodique
FHR Inline SV 1700 Pulvérisation cathodique
General Plasma USA Maxum 1000 CVD
Hind High Vacuum Inde Turbocoat 1100 Pulvérisation cathodique
Leypold Optics Allemagne A1500V-7 Pulvérisation cathodique
Oerlikon Suisse TCO 1200 CVD
PT&B Silcor Allemagne Staron 80/100 Pulvérisation cathodique
SuzhouSprucePV Chine Modul 2008 Pulvérisation cathodique
Ulvac Japon SCH-135 Pulvérisation cathodique
Von Ardenne Allemagne PiaNova Pulvérisation cathodique


Fabricants d'équipement de "wet etching"

Fabricant Pays Produit    
         
ACP   Co²-Snowjet / Corcoat    
Baker USA WebTool    
CETC Chine -    
Manz Allemagne GTT    
Rena Allemagne PVGlassEtch TCO / KCN / NP-CdTe    
    PVFlexxEtch KCN    
Schmid Allemagne Thin film etch    
Singulus Stangl Allemagne Vitrum Inline Glass Etching    
         
         


Fabricants de lasers

Un module en couches minces produirait environ 150 W/m² sous une tension de 0,8 V, si les couches étaient uniformes. Le courant serait alors énorme ce qui rendrait difficile son utilisation. Le procédé consiste à découper des bandes d’environ 1 cm de large et d’en faire autant de cellules individuelles qui sont reliés en série. Il convient alors de graver chaque couche après son dépôt, pour l’isoler de la bande adjacente ou, au contraire, créer un contact. En fonction de la nature de la couche active, on utilise des lasers nanoseconde ou picoseconde.

Dans le cas de CIGS, la première couche est métallique (molybdène), et des impulsions de 10 ns avec une longuer d’onde de 1 µm conviennent parfaitement. La couche active peut aussi être en silicium amorphe, et les lasers nanoseconde verts (510, 532 nm) sont utilisés (meilleure absorption). Le CIGS devient métallique dès qu’on le chauffe. Il faut alors se tourner vers des lasers picoseconde verts et UV. La dernière gravure consiste à isoler  les bandes, en enlevant à la fois la couche active et l’électrode supérieure ; elle s’effectue avec des lasers verts nanoseconde ou picoseconde.

Sur un panneau, ces gravures représentent plus de 350 m linéaires d’usinage, avec une largeur typique de 50 µm, et une tendance à la réduction de la dimension du trait pour limiter la zone morte du panneau.

Fabricant Pays Produit Laser  
         
3D Micromac Allemagne microSCRIBE    
Delphi Laser Chine LS-1000 / Edge Deletion-1000    
Dynawell Taïwan TFPV Scriber    
Gosun Chine GFS DPSSL  
HG Laser Chine Laser structuring  
InnoLas Systems Allemagne Impala Multilaser / Impala TTG Fibre / DPSSL  
Jenoptik Allemagne Votan Solas / Votan Compact 500 / Votan Multi Fibre  
JP Sercel JPSA Laser USA PV 5000  
LPKF SolarQuipment Allemagne Allegro / Presto  
Manz Allemagne Laser scriber  
Mirle Taïwan MLF-IR / MLY-G / MLY-GB Fibre / DPSSL  
Mitsubishi Diamant Japon MPV-LMM Fibre  
Mondragon Espagne TFS20    
M-Solv Grande-Bretagne PSV 500  
Newport USA Solar YX420 / Solar YX P DPSSL  
Rofin Baasel Lasertech Allemagne Laser Scribing Workstation  
Seishin Japon SS-LPS 6000  
Solneva Suisse LST-512 / LST-512 LST-512    
Sunic Corée du Sud -  
Synova Suisse LDS    
Wuhan DR Laser Technology Chine -    



 Cellules organiques

Fabricant de cellules organiques: 3GSolar (Israel), Aisin Seiki (Japon), Dyesol (Australie), ERG Renew (Italie), Fujikura (Japon), G24 Innovations (Angleterre), Konarka (USA), Nesli (Turkie), Peccell (Japon), Plextronics (USA), Solarmer Energy (USA), Solaronix (Suisse),...

Dyesol
Dyesol
Konarka
Konarka


C’est au début des années 90 qu’ont été présentées par le scientifique suisse Michael Grätzel des cellules constituées d’une matrice poreuse inorganique rendue fonctionnelle par le greffage de colorants photoactifs à l’échelle de la monocouche moléculaire et imprégnée par un électrolyte liquide contenant un couple oxydoréducteur. Ce dernier permet de communiquer « électriquement » avec la molécule de colorant. C’atait le premier pas vers le photovoltaïque moléculaire, plus proche de la photosynthèse que de la jonction p-n classique.
Dans ce dispositif, la molécule de colorant est dotée de deux niveaux énergétiques nommées HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) et LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital), dont la distance correspond au «gap« des semi-conducteurs. L’absorption d’un photon s’effectue par excitation d’un électron du niveau HOMO ver niveau LUMO, avec la formation d’une petite paire électron trou. L’électron est ensuite transféré dans la matrice inorganique, tandis que le trou est neutralisé par le réducteur en solution. Ces charges diffusent ensuite dans leurs phases respectives vers les contacts et le circuit extérieur. Grâce à la surface importante d’une matrice poreuse, on multiplie les phénomènes d’absorption et on convertit efficacement le rayonnement incident.
Le système de référence est une couche d’oxyde de titane frittée, une molécule de colorant à base de ruthénium et un électrolyte non aqeux (acétonitrile) contenant le couple iode-iodure. Il atteint environ 11% de rendement. Les travaux en cours concernent surtout le remplacement du colorant par un composé tout organique et celui d’un électrolyte liquide par une phase solide.

L’autre volet des filières émergentes est celui des cellules tout organiques. Les polymères ont des propriétés semi-conductrices permettant de créer des jonctions analogues aux jonctions p-n. La séparation des paires électrons-trou est néanmoins beaucoup plus difficile, car celles-ci restent associées sous la forme d’excitons. Cependant, l’idée de mélanger intimement les deux phases, de la même façon que pour les cellules à colorants, conduisit à l’amélioration notable des performances (cellules organiques à jonctions interpénétrées).
Dans ces conditions les phases n et p, nommées donneur et accepteur dans le cas des polymères, forment deux réseaux séparés et imbriqués, où tout exciton créé pour être dissocié à leur interface en n’ayant a parcourir que quelques nanomètres. Dans le système de base, le donneur est constitué par des molécules de fullèrene (et de plus en plus de nanotube de carbone) fonctionnalisées et l’accepteur est un polymère dérivé du polythiophène. Les rendement sont aujourd’hui de près de 7%, mais les dispositifs souffrent encore d’un manque de stabilité dans le temps.
L’intérêt des matériaux organiques est leur abondance, qui pourrait conduire à une réduction importante des coûts. 

 


Panneaux solaires à concentration

Fabricants: Aavid Thermalloy (USA), Abengoa (Espagne), Absolicon (Suède), AEST (Italie), Amonix (USA), Arima Eco Energy (Taïwan), Beghelli (Italie), Circadian Solar (Angleterre), CompSolar (Taïwan), Concentración Solar la Mancha (Espagne), Concentrix Solar (Allemagne), Cool Erth Solar (USA), CPower (Italie), Daido (Japon), Day4Energy (Canada), Delta Electronics (Taïwan), Emcore (USA), Enea (Italie), Energy Innovations (USA), Enfocus ( ), Entech (USA), Green and Gold Energy (Australie), GreenVolts (USA), Guascor Foton (Italie), Heliotrop (France), Isofoton (Espagne), JX Crystals (USA), Menova Energy (Canada), Morgan Solar (Canada), NuEdison ( ), Opel (USA), Pacific Solartech (USA), Prism Solar Technology (USA), Pyron Solar (USA), Shap (Italie), Sharp (Japon), Silicon CPV (Grande-Bretagne), Sol3g (Espagne), Solaria (USA), Solar Systels Pty (Australie), Solartec (Allemagne), Solfocus (USA), Stellaris (USA), Sunrgi (USA), Taihan ( ), Telicom ( ), Whitfield (Grande-Bretagne), WS Energia (Portugal), Zytech Solar (Espagne)


Panneau solaire à concentration
Institut Frauenhofer Fribourg

Solfocus
Solfocus


En plaçant une lentille au-dessus d'une cellule photovoltaïque, il est possible de concentrer la lumière du soleil plusieurs centaine de fois. Ainsi, pour une concentration dite de "100 soleils", on obtient, avec 1 cm2 de cellule sous concentrateur, le même résultat qu'avec 100 cm2 de ces mêmes cellules sous un éclairage naturel. Plusieurs technologies de lentilles et de prismes se concurrencent pour obtenir ce résultat, mais il s'agit en générale d'une lentille de Fresnel en plastique (légère et peu coûteuse), parfois accompagnée d'une structure prismatique accolée à la cellule. Pour fonctionner correctement la cellule doit toujours être perpendiculaire au soleil.

 

Aspects écologiques de la production de modules en couches minces

Fabricant Pays Produit    
         
Airgard USA Cyclone (XL)    
Ebara Precision USA G5 (PV) Combustio Wet Scrubber    
Pure Air USA S-DOC CYC 10 (12)    
         

 


 

Rhône Haute-Savoie Ain Savoie Isère Ardèche Drôme Hautes-Alpes Alpes-Maritimes Vaucluse Alpes-de-Haute-Provence Var Bouches-du-Rhône Lozère Hérault Aude Jura Haute-Saône Doubs Haut-Rhin Bas-Rhin Moselle Vosges Meurthe-et-Moselle Meuse Haute-Marne Ardennes Nord Aisne Saône-et-Loire Côte-d'Or Gard Pas-de-Calais Somme Oise Seine-MaritimeEure Ile de France Seine-et-MarneMarne Aube Paris IdFYonne Loiret Eure-et-Loir Calvados Manche Orne Sarthe Mayenne Ille-et-Vilaine Côtes-d'ArmorFinistère Morbihan Loire-Atlantique Maine-et-Loire Indre-et-Loire Loir-et-Cher Cher Nièvre Allier Loire Haute-Loire Puy-de-Dôme Cantal Aveyron Tarn Indre Vienne Deux-Sèvres Vendée Charente-Maritime Charente Haute-Vienne Creuse Corrèze Dordogne Lot Gironde Lot-et-Garonne Tarn-et-Garonne LandesPyrénées-AtlantiquesHautes-Pyrénées Gers Haute-Garonne Ariège Pyrénées-Orientales