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Des cellules solaires plus efficaces et moins chères
Des améliorations à la fabrication de cellules solaires conventionnelles qui pourraient augmenter considérablement l'efficacité des cellules en silicium multicristallin et réduire le coût de l'énergie solaire d'environ 20 % ont été annoncées par la startup 1366 Technologies de Lexington, MA.
Piège lumineux : La lumière entrante se reflète sur les rainures d'une bande argentée et est redirigée le long d'un couvercle en verre. Cette lumière, généralement perdue, peut ensuite être absorbée par la cellule solaire. La bande rainurée est l'une des trois améliorations qui pourraient réduire considérablement le coût de fabrication de l'énergie solaire.
Une telle réduction des coûts rendrait l'énergie solaire plus compétitive par rapport aux sources d'électricité conventionnelles. Dans les environnements ensoleillés, cela pourrait ramener le coût de l'énergie solaire à environ 15 ou 16 cents le kilowattheure, explique Craig Lund, directeur du développement commercial de 1366 Technologies. C'est moins cher que certaines sources d'électricité conventionnelles, en particulier celles utilisées pendant les périodes de pointe de la demande d'électricité.
1366 Technologies a développé trois processus qui peuvent être intégrés aux lignes de fabrication de cellules solaires existantes pour améliorer l'efficacité des cellules. Il a montré que ces technologies peuvent être utilisées pour produire des cellules solaires multicristallines qui sont efficaces à 18% pour convertir la lumière du soleil en électricité. La norme actuelle de l'industrie pour de telles cellules solaires est de 15 à 16 %, selon Joonki Song, partenaire de Photon Consulting, basé à Boston, MA, bien que des rendements plus élevés a été reporté . L'entreprise a déjà fait la démonstration des nouvelles technologies, mais uniquement avec de très petites cellules solaires expérimentales en laboratoire. Maintenant, il est fabriqué des cellules solaires pleine grandeur en utilisant le type d'équipement utilisé dans la fabrication à grande échelle.
La clé des technologies de la startup, cependant, n'est pas l'efficacité qu'elle atteint, mais le faible coût de cette efficacité. Lund dit que les nouveaux processus n'ajoutent que quelques centimes par watt au coût de fabrication des cellules solaires, mais cet investissement conduit à des économies beaucoup plus importantes dans le produit final. L'amélioration de la quantité d'énergie générée par chaque cellule solaire réduit les coûts des matériaux, les coûts de fabrication des modules solaires (dans lesquels les cellules sont assemblées en panneaux solaires) et les coûts d'installation. En fin de compte, dit Lund, le coût d'un panneau solaire installé sera réduit de 50 cents à 80 cents par watt.
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Les nouveaux processus, qui ont été inventés par Emanuel Sachs, directeur de la technologie de l'entreprise et professeur de génie mécanique au MIT, augmentent tous la quantité de lumière que les cellules solaires peuvent absorber.
Dans une cellule solaire au silicium normale, les électrons générés dans le silicium doivent sortir du matériau pour produire un courant électrique, se déplaçant d'abord vers la couche supérieure du silicium, puis le long de cette couche jusqu'à des lignes d'argent étroites appelées doigts. Les doigts conduisent ensuite les électrons vers les barres omnibus, deux ou trois bandes d'argent proéminentes visibles à la surface de la plupart des cellules solaires en silicium. Ces bandes ombragent le silicium sous elles, réduisant la quantité de lumière que les cellules peuvent absorber.
Le premier nouveau procédé développé par 1366 Technologies produit des barres omnibus rainurées qui empêchent la lumière d'être réfléchie par un panneau solaire. Au lieu de cela, les rainures entraînent la réorientation de la lumière le long du verre au-dessus des panneaux solaires. Cette lumière peut ensuite être absorbée par les zones non ombragées de la cellule solaire.
Le deuxième processus améliore les doigts conducteurs d'électrons de la cellule. Bien que ces lignes argentées soient beaucoup plus étroites que les barres omnibus, il y en a beaucoup plus sur une cellule solaire et, ensemble, elles masquent une partie importante du silicium. Sachs a développé un procédé pour créer des lignes beaucoup plus étroites sans sacrifier leur conductivité. Au lieu d'utiliser une technologie de sérigraphie conventionnelle, son processus consiste à graver des creux dans la surface du silicium et à déposer des particules d'argent dans les creux. Du métal est ensuite ajouté à ces particules par galvanoplastie pour former les doigts. Le creux maintient les lignes étroites mais permet à l'argent d'être empilé relativement haut, en maintenant la conductivité. En règle générale, les barres omnibus et les doigts ombragent 9 % de la surface d'une cellule, selon 1366 Technologies, mais avec les nouveaux processus de l'entreprise, cet ombrage peut être réduit à 2 %. D'autres ont développé des techniques pour réduire l'ombrage, mais celles-ci ont été coûteuses.
Le troisième processus diminue la quantité de lumière réfléchie par la surface du silicium de la cellule en texturant sa surface. C'est une approche qui a été adoptée par d'autres, mais la texturation est effectuée selon un motif très régulier qui crée moins de surface que les autres approches. La surface est un problème dans les cellules solaires, car les électrons sont souvent piégés à la surface des matériaux, explique Sachs.
Étant donné que les processus de 1366 Technologies peuvent être incorporés dans des lignes de fabrication existantes, ils pourraient être adoptés par les fabricants de cellules solaires rapidement et à moindre coût, explique Sachs. L'entreprise s'efforce de réduire davantage la largeur des doigts d'argent et d'améliorer la texture, dans le but d'atteindre une efficacité de 19%.