Un moyen plus sûr de revêtir des cellules solaires de longue durée

Une entreprise issue de deux universités québécoises affirme avoir développé un moyen plus sûr d'ajouter des revêtements antireflet aux cellules solaires en silicium cristallin, ce qui augmente également leur rendement énergétique à vie.

Crème solaire: Un technicien Sixtron tient une cellule solaire recouverte du revêtement antireflet en carbure de silicium de l'entreprise. Le processus est plus sûr et peut être intégré dans des lignes de fabrication existantes.

Sur le marché solaire photovoltaïque, même la plus petite amélioration de l'efficacité peut avoir un impact significatif sur les résultats des fabricants, c'est pourquoi les revêtements antireflet sont si importants. Ces revêtements minces, qui font apparaître les cellules solaires en bleu, maximisent la quantité de lumière solaire absorbée et réduisent les défauts de surface qui peuvent réduire les performances.

Cependant, la méthode de revêtement la plus populaire - le dépôt en phase vapeur d'un film de nitrure de silicium à l'aide de silane gazeux - comporte des risques majeurs. Le silane peut s'enflammer lorsqu'il est exposé à l'air ; le gaz est coûteux à transporter et les fabricants de cellules au silicium doivent investir dans un stockage spécial, une ventilation et d'autres mesures de sécurité pour éviter les accidents.

Le potentiel de dommages est énorme, dit Ajeet Rohatgi , directeur du Centre de recherche photovoltaïque du Georgia Institute of Technology. Les cellules ainsi revêtues sont également affectées par un phénomène appelé dégradation induite par la lumière qui se produit une fois après les 24 à 48 premières heures d'exposition au soleil. Dans une cellule avec une efficacité de 18%, vous verrez l'efficacité chuter [presque immédiatement] à 17,7 ou 17,5%, et vous avez perdu cela pour la durée de vie de la cellule, dit-il.

Rohatgi et son équipe de chercheurs de Georgia Tech ont passé les 18 derniers mois à tester un nouveau procédé sans silane pour appliquer un film antireflet sur les cellules solaires, qui a été développé par l'entreprise montréalaise Matériaux avancés Sixtron . Le revêtement – ​​un matériau de nitrure de carbure de silicium portant le nom commercial Silexium – réduit la dégradation induite par la lumière jusqu'à 88 %.

Les plaquettes de silicium cristallin, généralement dopées au bore, contiennent également de l'oxygène. Lorsque la lumière du soleil frappe pour la première fois une nouvelle cellule, elle provoque la combinaison du bore et de l'oxygène, ce qui entraîne une dégradation de 3 à 5 % de l'efficacité de la cellule. Les chercheurs ont découvert que lorsque le film de Silexium est ajouté, une partie du carbone du revêtement finit par se diffuser dans la masse de la plaquette de silicium. Ils pensent que le carbone entre en compétition avec le bore pour créer une liaison avec l'oxygène. Parce qu'il y a moins d'oxygène avec lequel le bore se lie, la dégradation induite par la lumière est largement évitée.

Abasifreke Ebong, directeur adjoint du Centre de recherche photovoltaïque de Georgia Tech, a déclaré que pour confirmer que cela se produisait, la prochaine étape consisterait à étudier la teneur en oxygène des plaquettes solaires après leur retrait du four de cuisson. Si l'oxygène est plus faible, la théorie tient. Ce sont les données que nous attendons, dit-il.

Selon Mike Davies, vice-président senior de Sixtron, chaque 0,1 pourcentage d'efficacité nette épargné par la dégradation induite par la lumière entraîne, en moyenne, un gain de 600 000 $ en marge bénéficiaire pour chaque ligne de production de cellules de 60 mégawatts.

Le système de Sixtron élimine le risque de gaz silane, en s'appuyant à la place sur un matériau polymère solide exclusif qui contient du silicium et du carbone. En utilisant la chaleur et la pression, le solide est converti en un gaz de méthylsilane moins dangereux pendant le processus de revêtement des cellules. La conversion solide en gaz a lieu à l'intérieur du système d'armoire de gestion du gaz de l'entreprise, appelé SunBox, qui a été conçu pour se brancher directement sur les systèmes standard de l'industrie qui existent sur la plupart des lignes de production de cellules.

Josué Pearce , professeur de matériaux de pointe à l'Université Queen's de Kingston, en Ontario, affirme que Sixtron exagère peut-être les risques liés à l'utilisation de silane dans une usine de cellules photovoltaïques. Il existe des procédures de sécurité standard qui rendent le travail dans une usine photovoltaïque très sûr, dit-il. Pourtant, ajoute-t-il, n'importe quoi pour faire baisser le coût du photovoltaïque, même de façon minime, est une grande contribution.

Sixtron dit qu'il travaille déjà avec les trois principaux fournisseurs d'équipements de fabrication de cellules photovoltaïques en Allemagne, et a l'intérêt de plusieurs autres. L'entreprise prévoit de louer le système à un coût à peu près le même que l'utilisation d'un système à base de silane. Surtout, cela évite d'avoir à utiliser d'autres stratégies de réduction de la dégradation induite par la lumière, basées sur des méthodes de fabrication alternatives ou l'utilisation de plaquettes plus coûteuses dopées au gallium.

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