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Impression à jet d'encre pour des cellules solaires moins chères
Un processus amélioré de fabrication de cellules solaires pourrait permettre aux fabricants de réduire de moitié la quantité de silicium nécessaire. Étant donné que le silicium peut représenter environ les trois quarts du coût des cellules solaires conventionnelles, cela pourrait réduire considérablement le prix de l'énergie solaire. La technique peut réduire la quantité d'autres matériaux utilisés et améliorer les performances des cellules solaires.
Énergie propre: Une imprimante à jet d'encre pour la fabrication de prototypes de cellules solaires au Laboratoire national des énergies renouvelables est enfermée dans une boîte à gants pour un contrôle expérimental. L'imprimante peut déposer une large gamme de matériaux pour les cellules solaires avec de nouveaux niveaux de précision.
Le processus utilise l'impression à jet d'encre pour établir des connexions électriques au sein d'une cellule solaire, remplaçant ainsi le processus de sérigraphie existant. Parce que la méthode à jet d'encre est plus précise, elle peut utiliser moins de matériel pour ces connexions. De plus, comme les têtes d'impression n'entrent pas en contact avec le silicium, la méthode fonctionne avec des plaquettes de silicium plus fines. Le processus utilise une imprimante à jet d'encre construite par iTi Solaire , basé à Boulder, CO, qui a été conçu à l'origine pour l'impression d'électronique , tels que les contacts sur les écrans tactiles.
le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL), à Golden, CO, qui a aidé à diriger la conception de l'appareil, commence maintenant à produire des prototypes de cellules solaires utilisant cette technologie. Étant donné que l'imprimante à jet d'encre peut être intégrée aux lignes de fabrication de cellules solaires existantes, elle pourrait être utilisée dans la production commerciale d'ici un an, selon les estimations. Maikel van Hest , un scientifique au NREL.
L'une des premières applications pourrait être la fabrication de cellules solaires au silicium, le type de cellule solaire le plus vendu aujourd'hui. Le silicium absorbe la lumière et la convertit en électrons, puis un réseau de lignes argentées imprimées sur le silicium collecte ces électrons, créant un courant électrique. En fabrication classique, ces lignes d'argent sont imprimées par sérigraphie. L'encre d'argent utilisée dans le nouveau procédé est beaucoup plus conductrice que la pâte d'argent utilisée en sérigraphie, et l'impression par jet d'encre est plus précise. En conséquence, des lignes beaucoup plus fines peuvent être imprimées – 35 à 40 micromètres de large, contre 100 à 125 micromètres de large avec la sérigraphie, explique van Hest. Utiliser moins d'argent permet d'économiser de l'argent. Il améliore également les performances de la cellule solaire puisque les lignes plus fines ombragent moins de la matière active.
Énergie propre: Une imprimante à jet d'encre pour la fabrication de prototypes de cellules solaires au National Renewable Energy Laboratory.
Le plus gros avantage, selon van Hest, est que l'impression à jet d'encre, contrairement à la sérigraphie, n'implique pas d'appliquer une pression sur la plaquette de silicium. Cela permet d'utiliser des plaquettes beaucoup plus fines, dit-il. Dans les cellules solaires conventionnelles, les plaquettes ont une épaisseur d'environ 200 micromètres. Si vous allez plus mince que cela, la plupart d'entre eux se briseront pendant la fabrication, dit van Hest. Si vous optez pour une méthode sans contact, vous n'avez pas à vous en soucier. Vous pouvez utiliser des cellules aussi fines que cent micromètres, voire plus fines. Cela signifie que vous pouvez économiser 50 % sur le coût du silicium. NREL a décidé d'utiliser les imprimantes d'iTi Solar, par opposition à celles d'autres fabricants, pour deux raisons principales. Le premier est la précision du système : les imprimantes peuvent appliquer de l'encre avec une précision de 1 micromètre près, contre 10 à 15 micromètres avec d'autres systèmes, explique van Hest. Il est également facile de s'adapter au travail avec différentes encres et différentes technologies de cellules solaires. Le système pourrait, par exemple, être utilisé pour fabriquer des cellules solaires à couche mince constituées de semi-conducteurs tels que le (di)séléniure de cuivre indium gallium (CIGS), en utilisant des encres développées par NREL.
L'impression à jet d'encre a déjà été envisagée pour la fabrication de cellules solaires. Au départ, il y avait beaucoup de buzz à ce sujet – il y a deux ans, tout le monde en parlait, explique Bruce Morgan, PDG d'iTi Solar. Alors que les résultats pratiques ont été vus, les gens se sont découragés. Il dit que le problème était que les têtes d'impression n'avaient pas une résolution suffisamment élevée, ou que les entreprises ne comprenaient pas les distorsions dans les matériaux sur lesquels ils étaient imprimés. Les premiers résultats du système solaire iTi suggèrent qu'il a résolu ces problèmes. Nous avons vu ce qu'il peut faire, et jusqu'à présent, c'est très impressionnant, dit van Hest.
Le système NREL est conçu pour produire uniquement des cellules prototypes. Van Hest dit que la technologie peut facilement être étendue, par exemple en augmentant le nombre de têtes d'impression, pour fabriquer plusieurs cellules à la fois pour la production commerciale.