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Le photovoltaïque

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Le silicium

Un module photovoltaïque est composé de plusieurs cellules assemblées en série. La majorité des panneaux sont fabriqués à partir de cellules au silicium cristallin (monocristallin ou polycristallin).

Le silicium est le deuxième élément de la croûte terrestre où il existe souvent sous la forme oxydée (sable, silice, quartz). Avant de le transformer en cellule photovoltaïque, il faut l'isoler et le purifier. La première étape constitue un procédé métallurgique classique: silice et carbone sont cuits à très haute température dans des fours à arcs. Ainsi on arrive à un silicium pur à 99 % (désigné par 2N) dit de qualité "métallurgique" (Si-MG Metallurgic grade silicon). La production mondiale s'élève à environ un million et demi de tonnes par an, surtout pour l'industrie automobile.

Silicium

Lingots de silicium

 

Ensuite, on ajoute une étape de purification supplémentaire, qui pendant longtemps a été réalisé surtout pour la filière électronique et l'industrie photovoltaïque s'est contenté de recupérer les rébuts de l'électronique.
Des blocs et granulats de silicium sont placés dans un creuset. Sous atmosphère d’argon, un four porte le silicium à plus de 1500 °C. Le creuset est alors lentement refroidi du bas vers le haut, pour concentrer les impuretés en haut et donner au silicium une structure multicristalline à gros grains. L’opération dure plusieurs heures. Le lingot de 230 kg à 240 kg est écrêté de sa partie supérieure, puis découpé en briques de 100x100 mm ou 125x125 mm de section sur environ 25 cm de long.

Pour les applications électroniques on utilise du silicium pur à 99,9999 % (6N). En revanche, pour des applications solaires, un silicium 4N devrait suffir. Pour pouvoir produire 1 tonne de silicium 6N, il faut environ 1,5 tonne de silicium 2N.

Il y a désormais un grand nombre de fabricants de silicium de qualité "solaire": 6N Silicon (Canada), AE Polysilicon (USA), AMG (USA), Chisso (Japon), DC Chemical (Corée du Sud), Estelux (Italie), Hankook, Hemlock (USA), Hoku Scientific (Hawai), JFE Steel (Japon), Joint Solar Silicon (JSSI) (Allemagne), Maharishi (Inde), MEMC (USA), Mitsubishi Polycrystalline Silicon, Nitol (Russie), NorSun (Norvège), Norwegian Silicon Refinery (Norvège), Osaka Titanium Technologies, PCMP (Russie), Peak Sun Silicon (USA), Prime Solar (Allemagne), PV Crystalox Solar (Angleterre), REC Silicon (Norwège), RSI Silicon (USA), Setek (Japon), Schmid Silicon (Allemagne), Silfab (Italie), Silicio Solar (Espagne), Silicon Mine (Pays-Bas), Siliken (Espagne), Sumitomo (Japon), Sino-American Silicon (Chine-USA), Sunlight Group (USA), Timminco (Canada), Tokuyama, Topsil (Danemark)... et des dizaines de fabricants chinois: Asia Silicon, Changzhou Eging (Chine), CSG, Dalu Polysilicon, Emei, GCL Poly, Honbridge, Jaco, Jinhua Smelting, Niking Technology, Sanjing, Shaanxi Tianhong Silicon, Shunda, Solargiga Energy, Solsitek, Sunshine Silicon, Tehua, Yingli,...


Prix du silicium depuis 5 ans  
   

 

 

Wafers

Chaque brique de silicium est découpée en plaques par une scie à fil. Des spires juxtaposées de fil d’acier entrainent un abrasif, du carbure de silicium, et tranchent régulièrement la brique en plaques de 0,2 à 0,3 mm d’épaisseur. L’épaisseur de la coupe, environ 0,2 mm, fait perdre quasiment la moitié du silicium. Des procédés sont à l’étude pour séparer des déchets de coupe (carbure, huile) et le recycler. Nettoyées de l’huile de coupe, les plaques obtenues sont appelées des wafers.

Fabricant de wafers: Advansil (Chine), Al-Afandi Solar (Arabie Saoudite), Amex (Russie), Anhui Silicon (Chine), CaliSolar (USA), DC Wafers, Deutsche Solar (Allemagne), Ersol (Allemagne), ET Solar (Chine), Green Energy (Taiwan), Helios Ressource, Jiawei Solar (Chine), JSC Kvazar (Ukraine), Kinve (Chine), LDK Solar (Chine), Long Energy (Chine), Photowatt (France), Prolog Semicor (Ukraine), Purewafer (Pays de Galles), PV Crystalox (Japon), Silcio (Grèce), Silicio Solar (Espagne), Smic (Chine), Solargiga (Chine), Sovello (Allemagne), Space Energy (Japon), Stream Solar Shuqimeng (Chine), Swiss Wafers (Suisse), Wacker Schott (Allemagne), ZNShine (Chine)...

 


Rena

Nettoyage des wafers
   

ABM
 
   


 

 

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