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Cellules solaires efficaces et bon marché
Une nouvelle façon bon marché de fixer des miroirs au silicium donne des cellules solaires très efficaces qui ne coûtent pas cher à fabriquer. La technique pourrait conduire à des panneaux solaires qui produisent de l'électricité pour le prix moyen de l'électricité aux États-Unis.
Plus de réflexion : Cette nouvelle cellule solaire est extrêmement efficace mais peut être réalisée à moindre coût, grâce à une nouvelle technique de fixation de miroirs sur silicium.
Suniva , une startup basée à Atlanta, a fabriqué des cellules solaires qui convertissent environ 20 % de l'énergie de la lumière du soleil qui leur tombe dessus en électricité. C'est une augmentation par rapport à 17% pour ses précédentes cellules solaires et proche de l'efficacité des meilleures cellules solaires du marché. Mais contrairement à d'autres cellules solaires au silicium à haute efficacité, dit Ajeet Rohatgi , fondateur et directeur de la technologie de l'entreprise, les produits Suniva sont fabriqués à l'aide de méthodes peu coûteuses. L'une de ces méthodes est la sérigraphie, un processus relativement bon marché, tout comme le processus de sérigraphie utilisé pour imprimer des t-shirts.
Jusqu'à présent, le coût élevé des cellules solaires les a limitées à un rôle marginal dans la production d'électricité, représentant moins de 1 % de l'électricité dans le monde. Rohatgi calcule que les techniques de fabrication à faible coût de l'entreprise rendront l'énergie solaire compétitive par rapport aux sources conventionnelles, produisant de l'électricité pour environ 8 à 10 cents par kilowattheure, le coût moyen de l'électricité aux États-Unis et bien inférieur aux prix sur de nombreux marchés.
Les cellules de Suniva sont efficaces en grande partie parce qu'elles peuvent piéger la lumière, gardant les photons à l'intérieur du matériau actif de la cellule solaire jusqu'à ce que leur énergie puisse être utilisée pour libérer des électrons et générer un courant électrique. Le concept de base du piégeage de la lumière n'est pas nouveau. Elle repose sur la texturation de la surface avant de la couche de silicium qui constitue le matériau actif de la cellule solaire. La texturation crée des facettes qui redirigent la lumière entrante, la réfractant de sorte qu'au lieu de passer directement à travers le silicium, elle se déplace le long de la couche de silicium. Les photons restent ainsi plus longtemps dans le matériau et ont de meilleures chances d'être absorbés par les atomes du matériau. Lorsque cela se produit, l'énergie des photons peut libérer des électrons qui sont utilisés pour générer du courant.
Le piégeage de la lumière peut être amélioré en associant la surface texturée à une couche réfléchissante à l'arrière de la couche de silicium. Le miroir maintient la lumière dans la cellule solaire encore plus longtemps, augmentant encore le nombre d'électrons libérés. En conséquence, le silicium peut avoir la moitié de son épaisseur ordinaire tout en absorbant la même quantité de lumière. L'utilisation d'un matériau moins coûteux réduit directement les coûts. Mais cela permet également aux fabricants de cellules solaires de se contenter de formes de silicium moins chères et moins pures. Dans une cellule solaire conventionnelle, qui peut avoir une couche de silicium de 200 micromètres d'épaisseur, les impuretés présentes dans le matériau peuvent facilement piéger les électrons avant qu'ils n'atteignent la surface et s'échappent pour générer un courant. Cependant, dans une couche de silicium de seulement 100 micromètres d'épaisseur, les électrons ont une distance plus courte à parcourir, ils sont donc moins susceptibles de rencontrer une impureté avant de s'échapper. Le silicium de qualité inférieure est beaucoup moins cher et plus facile à fabriquer que le silicium hautement raffiné habituellement utilisé dans les cellules solaires.
Certaines entreprises ont déjà introduit des produits qui associent un devant texturé à un dos en miroir, et il a été démontré que la technique fonctionne bien dans les laboratoires depuis des années. Mais l'ajout de la couche réfléchissante nécessite généralement un traitement et une lithographie coûteux. Rohatgi a développé des matériaux exclusifs qui peuvent être incorporés dans les cellules solaires par sérigraphie. Ceci, ainsi que d'autres avancées qui simplifient le processus de fabrication, ont permis à l'entreprise de produire des cellules hautement efficaces à faible coût.
Tonio Buonassisi , professeur de génie mécanique au MIT, déclare que la nouvelle cellule solaire de Suniva est passionnante car elle démontre que certaines des technologies à haute efficacité sur lesquelles on travaille depuis des années en laboratoire peuvent être applicables sur le marché. Il dit que la décision de Suniva d'utiliser de telles technologies est un risque que la plupart des autres sociétés de cellules solaires ont évité. Maintenant que Suniva a développé un moyen d'appliquer ces techniques à moindre coût, il prédit que d'autres sociétés de cellules solaires pourraient être contraintes de faire de même pour rivaliser.
Certes, un travail important reste à faire avant que l'objectif de 8 à 10 centimes le kilowatt puisse être atteint. Suniva a démontré la première étape cruciale, qui consiste à montrer qu'elle peut fabriquer des cellules solaires efficaces à plus de 20 % en utilisant la sérigraphie. Les résultats ont été confirmés par le Laboratoire national des énergies renouvelables , à Golden, CO. Mais pour ces tests, Suniva a utilisé des cellules avec des plaquettes de silicium de 200 micromètres d'épaisseur, et atteindre 8 cents le kilowatt nécessitera des plaquettes de 100 micromètres. Que cela soit techniquement possible a été établi. Le défi consiste à acquérir de grandes quantités de ce silicium, car des plaquettes aussi minces ne sont pas disponibles dans le commerce, explique Rohatgi. De plus, les usines devront être rééquipées pour gérer des cellules de 100 micromètres, que les machines conçues pour traiter des plaquettes plus épaisses pourraient casser.
La priorité de l'entreprise est désormais d'augmenter la production de ses cellules très efficaces de 200 micromètres, ce qui pourrait encore réduire le coût de l'énergie solaire. Une fois la fabrication en grand volume établie, l'étape suivante consiste à introduire des plaquettes plus fines, ce qui réduit encore les coûts.