Quelle est la prochaine technologie pour l'industrie solaire ?

Les installations de panneaux solaires continuent de croître rapidement, mais l'industrie de la fabrication de panneaux solaires est dans le marasme car l'offre dépasse de loin la demande (voir Why We Need More Solar Companies to Fail ). Le marché pauvre peut ralentir l'innovation, mais les progrès se poursuivent ; à en juger par l'ambiance cette semaine à la conférence des spécialistes du photovoltaïque de l'IEEE à Tampa, en Floride, les gens de l'industrie restent optimistes quant à ses perspectives à long terme.

La technologie qui surprend presque tout le monde est le silicium cristallin conventionnel. Il y a quelques années, les panneaux solaires en silicium coûtaient 4 $ le watt, et Martin Green, professeur à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud et l'un des principaux chercheurs en panneaux solaires en silicium, a déclaré qu'ils ne descendraient jamais en dessous de 1 $ le watt. Maintenant, c'est quelque chose comme 50 cents de watt, et il est question d'atteindre 36 cents par watt, dit-il.

Le département américain de l'Énergie s'est fixé pour objectif d'atteindre moins de 1 $ le watt, non seulement pour les panneaux solaires, mais pour les systèmes complets installés d'ici 2020 (voir Pourquoi les installations solaires coûtent plus cher aux États-Unis qu'en Allemagne). Green pense que l'industrie solaire atteindra cet objectif encore plus tôt que cela. Si tel est le cas, cela porterait le coût direct de l'énergie solaire à six cents par kilowattheure, ce qui est moins cher que le coût moyen attendu pour l'électricité des nouvelles centrales au gaz naturel. (Le coût total de l'énergie solaire, qui comprend le coût pour les services publics de compenser son intermittence, serait plus élevé, bien que précisément combien plus élevé dépendra de la quantité d'énergie solaire sur le réseau et d'autres facteurs.)

Toutes les parties de l'industrie des panneaux solaires en silicium ont cherché des moyens de réduire les coûts et d'améliorer la puissance de sortie des panneaux solaires, ce qui a conduit à des réductions de coûts constantes. Green indique quelque chose d'aussi banal que les pâtes utilisées pour sérigraphier certaines des caractéristiques des panneaux solaires. Le laboratoire de Green a construit une cellule solaire dans les années 1990 qui a établi un record d'efficacité pour les cellules solaires au silicium, un record qui se maintient à ce jour. Pour atteindre ce record, il a dû utiliser des techniques de lithographie coûteuses pour fabriquer des fils fins pour collecter le courant de la cellule solaire. Mais des améliorations progressives ont permis d'utiliser la sérigraphie pour produire des traits de plus en plus fins. Des recherches récentes suggèrent que les techniques de sérigraphie peuvent produire des lignes aussi fines que 30 micromètres, soit environ la largeur des lignes que Green a utilisées pour ses cellules solaires record, mais à des coûts bien inférieurs à ses techniques de lithographie.

Green dit que cette technique et d'autres permettront de reproduire les conceptions de sa cellule solaire record sur des lignes de production à moindre coût et de manière pratique. Certaines entreprises ont développé des techniques de fabrication des contacts métalliques avant. La mise en œuvre de la conception des contacts électriques arrière est plus difficile, mais il s'attend à ce que les entreprises la déploient ensuite.

Pendant ce temps, des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory ont fabriqué des cellules solaires flexibles sur un nouveau type de verre de Corning appelé Willow Glass, qui est mince et peut être enroulé. Le type de cellule solaire qu'ils ont fabriqué est le seul concurrent actuel du silicium en termes de production à grande échelle : le tellurure de cadmium en couche mince (voir First Solar Shines as the Solar Industry Falters ). Les cellules solaires flexibles pourraient réduire le coût d'installation des cellules solaires, rendant l'énergie solaire moins chère.

L'un des anciens étudiants et collègues de Green, Jianhua Zhao, cofondateur du fabricant de panneaux solaires China Sunergy, a annoncé cette semaine qu'il construisait une ligne de fabrication pilote pour une cellule solaire à deux faces qui peut absorber la lumière à la fois de l'avant et de l'arrière. L'idée de base, qui n'est pas nouvelle, est que pendant certaines parties de la journée, la lumière du soleil tombe sur le sol entre les rangées de panneaux solaires d'une centrale solaire. Cette lumière se réfléchit à l'arrière des panneaux et pourrait être récupérée pour augmenter la puissance de sortie. Cela fonctionne particulièrement bien lorsque les panneaux solaires sont construits sur du sable, qui est très réfléchissant. Là où un panneau solaire unilatéral peut générer 340 watts, un panneau solaire bilatéral peut générer jusqu'à 400 watts. Il s'attend à ce que les panneaux génèrent 10 à 20 % d'électricité en plus au cours d'une année.

De tels panneaux solaires pourraient être montés verticalement, comme une clôture, de sorte qu'un côté capte la lumière du soleil le matin et l'autre l'après-midi. Cela permettrait d'installer les panneaux solaires sur très peu de terrain, ils pourraient par exemple servir de murs antibruit le long des autoroutes. Une telle disposition pourrait également être utile dans les zones poussiéreuses. De nombreuses régions du Moyen-Orient peuvent sembler être de bons endroits pour les panneaux solaires, car ils reçoivent beaucoup de soleil, mais les tempêtes de poussière fréquentes diminuent la puissance de sortie. Les panneaux verticaux n'accumuleraient pas autant de poussière, ce qui pourrait aider à rendre de tels systèmes économiques.

À plus long terme encore, Green parie sur le silicium, visant à profiter des énormes réductions de coûts déjà observées avec la technologie. Il espère augmenter considérablement l'efficacité des panneaux solaires en silicium en combinant le silicium avec un ou deux autres semi-conducteurs, chacun sélectionné pour convertir efficacement une partie du spectre solaire que le silicium ne convertit pas efficacement. L'ajout d'un semi-conducteur pourrait augmenter les rendements de 20 à 25 % à environ 40 %. L'ajout d'un autre pourrait permettre des rendements pouvant atteindre 50 %, ce qui réduirait de moitié le nombre de panneaux solaires nécessaires pour une installation donnée. Le défi est de produire de bonnes connexions entre ces semi-conducteurs, ce qui est rendu difficile par la disposition des atomes de silicium dans le silicium cristallin.

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