Les technologies de fabrication des modules
Il existe actuellement deux grandes technologies de fabrication des modules photovoltaïques :
- les technologies "couches minces" qui consistent à déposer sous vide sur un substrat (verre, métal, plastique, …) une fine couche uniforme composée d’un et plus souvent de plusieurs matériaux réduits en poudre.
Les filières au silicium
Le silicium est le deuxième élément le plus abondant sur terre après l’oxygène, avant le carbone et l’azote. Il représente environ 25 % en masse de l’écorce terrestre, ce qui permet de le considérer comme inépuisable. On le trouve entre autres dans le sable, le quartz et les feldspaths.
Utilisé depuis très longtemps pour la fabrication du verre sous forme de dioxyde de silicium (plus connu sous le nom de "silice"), ses propriétés de semi-conducteur en font le matériau privilégié pour la fabrication des composants électroniques.
 - Composant électronique
- libre de droit
Jusqu’à très récemment, l’industrie photovoltaïque, qui ne représentait qu’un marché négligeable pour les producteurs de silicium, a dépendu pour son approvisionnement du silicium destiné à l’industrie électronique, dont les besoins de pureté sont très supérieurs aux siens (99,99% contre 99,99999%), d’où un coût anormalement élevé.
Lors de la crise qui a secoué l’industrie des micro-processeurs au début des années 2000, suite à l’éclatement de ce que l’on a appelé la "bulle Internet", l’industrie photovoltaïque est apparue pour la première fois aux producteurs de silicium comme un client potentiellement intéressant, bien que de second rang.
Devenu en 2007 le premier débouché pour la production mondiale de silicium, le photovoltaïque est désormais en mesure d’imposer ses exigences et de créer une filière spécifique de production de silicium de "qualité photovoltaïque", moins pur et donc moins cher que le "silicium électronique".
Plus récemment encore sont apparus chez quelques fabricants des procédés permettant d’utiliser du silicium de "qualité métallurgique", encore moins pur et moins cher, tout en obtenant des rendements très convenables.
Le silicium est le matériau de base de près de 95% de la production mondiale de modules, dont l’écrasante majorité à travers les filières cristallines, qui sont au nombre de trois :
- Le silicium multicristallin : à lui seul plus de 45% du marché mondial, il offre un rendement intéressant (12 à 15%) pour des coûts de fabrication modérés, profitant notamment du fait qu’il a pu longtemps utiliser les déchets de l’industrie électronique. Cet avantage historique s’est toutefois estompé avec les progrès de l’industrie électronique (réduction des déchets) et l’augmentation des besoins du marché photovoltaïque
- Le silicium monocristallin : environ 40 % du marché, son rendement est légèrement supérieur au silicium polycristallin (15 à 18%), mais sa fabrication à partir de minerai est plus délicate et donc plus coûteuse.
- Le silicium en ruban : un peu plus de 2% du marché, lil s’agit d’une variante récente dont l’intérêt principal est d’éviter les pertes de découpe des lingots, et son rendement est équivalent à celui du multicristallin
Enfin, le silicium amorphe est une variante "couches minces" : à peine plus de 5% du marché, son rendement est bien inférieur à celui des filières cristallines (6%) mais son coût est proportionnellement nettement plus bas.
Historiquement la première filière "couche mince", il a souffert de problèmes de jeunesse (dégradation rapide du rendement) qui l’ont longtemps handicapé, mais ces problèmes sont aujourd’hui résolus.
Il est prioritairement utilisé pour les toutes petites puissances nécessaires aux objets portables et pour fabriquer des modules plus ou moins souples que l’on trouve notamment sur les bâches de couverture.
Finalement, les coûts par unité de puissance (mesurés en €/Wc) ou ramenés en coût de production du kWh électrique sont sensiblement identiques pour les quatre filières à base de silicium. Cependant, plus le rendement est faible, plus la surface de capteur devra être importante pour obtenir la même production.
 - Module polycristallin (à gauche) et monocristallin (à droite)
Les technologies "couches minces"
Outre le silicium amorphe qui fait le lien entre les deux grandes catégories, les recherches dans le domaine des matériaux semi-conducteurs ont conduit à l’apparition d’une diversité de technologies utilisant des complexes de matériaux en couches minces.
Toutes confondues, ces filières représentent à peine plus de 5% du marché photovoltaïque mondial actuel, mais certaines d’entre elles pourraient être amenées à se développer de façon importante dans les années à venir.
Elles ont en commun un certain nombre d’atouts :
 elles permettent de fabriquer des modules d’une surface plus importante (4 voire 6 m2), qui peuvent même être ensuite découpés
elles ne craignent pas l’échauffement qui peut faire chuter le rendement des modules cristallins autour de 60°C, ce qui les rend plus aptes à l’intégration.
elles captent mieux le rayonnement diffus et sont donc mieux adaptées à certains sites
en phase industrielle, leur coût est en principe moins élevé.
… mais présentent aussi certains inconvénients :
industrialisation moins avancée,
matières premières limitées et en concurrence avec d’autres usages
toxicité des matériaux
recyclage plus complexe
Les technologies les plus courantes aujourd’hui produites industriellement sont :
- le Tellurure de Cadmium (CdTe), qui présente l’avantage d’une très grande stabilité dans le temps et d’un coût modéré
- le Cuivre/Indium/Sélénium (CIS), le Cuivre/Indium/Gallium/Sélénium (CIGS) et le Cuivre/Indium/Gallium/Disélénide/Disulphide (CIGSS), qui présentent les rendements les plus élevés parmi les couches minces mais à un coût plus élevé
- l’Arséniure de Gallium (Ga-As) dont le haut rendement et le coût très élevé conduisent à en réserver l’usage essentiellement au domaine spatial
 - Repartition des technologies de cellules en 2007
- Source : Solar Generation V - 2008
Les filières de demain
Demain, toute une série de nouvelles technologies aux noms plus ou moins exotiques (systèmes à concentration, cellules à colorants, cellules organiques, trous quantiques, puits quantiques, …) aujourd’hui au stade de la recherche viendront s’ajouter à la diversité des options en apportant chacune leurs points forts, que ce soit une baisse spectaculaire des coûts, un rendement très élevé ou une facilité de mise en œuvre.
Publications :
Dernière mise à jour : 15 mars 2011
|
Les technologies du photovoltaïque_SER.pdf (PDF - 209.7 ko)
