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Concentration de la lumière sur les billes de silicium
Une entreprise japonaise a développé une nouvelle façon de fabriquer des cellules solaires qui réduit les coûts de production jusqu'à 50 %. Les cellules photovoltaïques (PV) sont constituées de réseaux de milliers de minuscules sphères de silicium entourées de réflecteurs hexagonaux.
Sphères de silicium : Fabriquer des cellules solaires à partir de minuscules sphères de silicium (image du haut, noire) peut réduire la quantité de matériau utilisé à seulement un cinquième. Des réflecteurs hexagonaux (image du milieu) garantissent que la majeure partie de la lumière atteint les sphères. Une base en feuille flexible signifie que les cellules solaires peuvent être façonnées pour différentes applications (image du bas).
Le principal avantage du système est qu'il réduit la quantité totale de silicium nécessaire, explique Mikio Murozono, président de Entreprise propre 21 (CV21), basé à Kyoto, Japon. Nous utilisons un cinquième du silicium brut par rapport aux cellules photovoltaïques traditionnelles, dit-il.
Cela peut faire une énorme différence dans le coût global de production des cellules solaires, dit Howard Branz , scientifique principal au Laboratoire national des énergies renouvelables 's Centre National du Photovoltaïque , à Golden, CO. Environ 20 à 30 pour cent du coût d'un module de cellule solaire est dans le coût du silicium brut, dit-il.
CV21 a démarré la production de ses cellules en octobre ; le premier de ses modules de 10 kilowatts sera mis en vente ce mois-ci. Alors que ces modules coûteront initialement à peu près le même prix que la variété traditionnelle, le prix devrait baisser de 30 pour cent en 2008, alors que la production augmentera en mai de 1 000 cellules par jour à 60 000 cellules par jour, dit Murozono. L'objectif ultime est de les rendre 50 % moins chères que les cellules existantes d'ici 2010, dit-il.
Les cellules solaires sphériques ont été proposées à l'origine par Texas Instruments il y a environ 30 ans, explique Branz. Mais alors qu'ils avaient le potentiel de réduire la quantité de silicium utilisé, ils ont apporté avec eux une foule de nouveaux problèmes. Leurs surfaces courbes, par exemple, peuvent faire réfléchir plus de lumière, ce qui réduit leur efficacité. De plus, seule la moitié de la sphère finit par être réellement exposée à la lumière. Des espaces importants ont également tendance à se former entre les sphères lorsqu'elles sont disposées en réseaux, ce qui peut réduire davantage l'efficacité de la cellule solaire.
La solution de CV21 consistait à placer chacune des sphères de silicium d'un millimètre de diamètre dans son propre réflecteur hexagonal en aluminium. Ceux-ci fonctionnent comme des phares de voiture mais à l'envers, garantissant que toute lumière frappant le réflecteur est dirigée vers la sphère. Lorsque cette approche est utilisée, même le dessous de la sphère est utilisé. La forme hexagonale des réflecteurs permet leur emboîtement sans espace mort entre eux. Effectivement, ce sont des mini-concentrateurs, dit Branz.
Les sphères elles-mêmes sont constituées d'une boule de silicium dopée positivement (type p). La surface de la balle est traitée pour la rendre dopée négativement (type n), et un revêtement antireflet est également ajouté. Ces deux couches externes forment la base du matériau semi-conducteur photovoltaïque. Les sphères sont ensuite liées à une électrode sur un substrat en feuille flexible via un trou au bas du réflecteur.
La base en feuille flexible signifie que les modules peuvent être façonnés pour différentes applications. Vous pouvez les installer sur des voitures électriques hybrides et des tuiles incurvées sur les toits, explique Murozono.
Je pense que la technologie fonctionne, dit Branz. Mais la question est de savoir si l'entreprise peut rendre les cellules solaires plus efficaces. Les cellules actuellement produites ont une efficacité d'environ 10 pour cent seulement, dit-il. À l'heure actuelle, la plupart des cellules solaires ont une efficacité de 14 à 15 %.
Réduire le coût de 30 pour cent n'aide pas si 30 pour cent de cellules supplémentaires sont nécessaires pour produire la même quantité d'électricité, dit Branz.
Murozono dit qu'il existe des moyens de rendre les cellules plus efficaces, par exemple en améliorant la pureté et la qualité du silicium. La réduction de la taille des sphères à 0,8 millimètre devrait également améliorer les performances, tout en réduisant encore les coûts en utilisant 20 % de silicium en moins. Nous allons améliorer l'efficacité à 13 pour cent en 2008, et 15 pour cent d'ici 2010, dit Murozono.
Il y a une pénurie mondiale de silicium de haute qualité, selon Charles Cromer , chercheur au Florida Solar Energy Center, à Cocoa, Floride. Cette pénurie a été en grande partie due à la croissance de la demande de circuits intégrés et de cellules solaires, et n'a fait que faire grimper le prix du photovoltaïque à forte intensité de silicium. Ainsi, une cellule solaire qui utilise beaucoup moins de silicium que ses concurrents devrait donner à CV21 un réel avantage en termes de réduction des coûts. Mais ce n'est pas parce qu'ils peuvent les rendre moins chers qu'ils les vendront à moitié prix aux consommateurs, dit Cromer.