Les cellules photovoltaïques (PV) sont généralement fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs comme le silicium et comportent des électrodes positives et négatives. Exposées à la lumière du soleil, elles produisent l'effet photovoltaïque, convertissant instantanément l'énergie lumineuse en énergie électrique sous forme de courant continu (CC). Cette électricité peut être stockée dans des batteries ou convertie en courant alternatif (CA) par un onduleur afin de répondre à divers besoins énergétiques. Les cellules PV sont souvent connectées en série ou en parallèle pour former des modules, lesquels sont ensuite assemblés en réseaux pour obtenir des rendements énergétiques plus importants.
1. Cellules de champ de surface arrière (BSF) en aluminium
Structure et principe
Les cellules BSF sont un type courant de cellule solaire utilisant un revêtement d'aluminium comme électrode arrière. Ce revêtement crée un champ électrique à l'arrière, favorisant le transport des électrons vers l'électrode arrière et améliorant ainsi le rendement de conversion énergétique. Le procédé de fabrication comprend le dopage de la surface du silicium avec du phosphore pour créer une région de type N, l'application d'un film ou d'un revêtement pour former une région de type P sur la face avant, et la formation d'une jonction pn. Enfin, des grilles métalliques sont ajoutées pour collecter le courant.
Historique du développement
Proposées pour la première fois en 1973, les cellules BSF ont été les premières structures de cellules en silicium cristallin commercialisées. En 2016, elles représentaient plus de 90 % des parts de marché.
Avantages
Les cellules BSF sont remarquables par leur simplicité, leur rentabilité et leur technologie éprouvée.
2. Cellules PERC
Origine du nom
PERC signifie Passivated Emitter and Rear Cell (Émetteur passivé et cellule arrière).
Processus et performance
S'appuyant sur les cellules BSF traditionnelles, la technologie PERC ajoute deux étapes clés : la passivation de la face arrière et l'ouverture laser, ce qui améliore considérablement l'efficacité. Le processus de fabrication comprend le nettoyage et la texturation de la plaquette, la diffusion pour créer des jonctions pn, le dopage laser pour les émetteurs sélectifs, la passivation de la face arrière, le perçage laser, la sérigraphie, le frittage et les tests.
Avantages
Les cellules PERC se caractérisent par une structure simple, un processus de fabrication court et une grande maturité des équipements.
3. Cellules à hétérojonction (HJT)
Structure
Les cellules HJT sont des cellules solaires hybrides combinant un substrat de silicium cristallin et un film de silicium amorphe. Elles intègrent des couches de silicium amorphe intrinsèque à l'interface de l'hétérojonction afin de passiver les faces avant et arrière. Leur structure symétrique comprend un substrat de silicium cristallin de type N, une couche de silicium amorphe Pi sur la face exposée à la lumière, une couche de silicium amorphe iN sur la face arrière, ainsi que des électrodes et des barres de connexion transparentes de chaque côté. Ce sont des cellules bifaciales.
Avantages
Les cellules HJT se distinguent par leur rendement élevé, leur faible dégradation, leur faible coefficient de température, leur bifacialité élevée, leurs procédés simplifiés et leur compatibilité avec des plaquettes plus minces.
4. Cellules TOPCon
Principe technique
Les cellules TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) reposent sur le principe de la passivation sélective des porteurs de charge. Elles comportent une couche d'oxyde de silicium ultra-mince et une couche de silicium dopé à l'arrière, formant une structure de contact passivée. Ceci réduit la recombinaison de surface et de contact métallique, offrant un potentiel d'amélioration significative du rendement des cellules N-PERT.
Caractéristiques du processus
Les cellules TOPCon utilisent des substrats en silicium de type N et nécessitent des modifications minimes des lignes de production existantes de type P, telles que l'ajout d'équipements de diffusion du bore et de dépôt de couches minces. Elles éliminent le besoin d'ouvertures arrière et d'alignement, simplifiant ainsi la fabrication et améliorant la compatibilité avec les procédés de fabrication des cellules PERC et N-PERT.
Avantages
Les cellules TOPCon présentent une faible dégradation, une bifacialité élevée et un faible coefficient de température, ce qui leur confère d'excellentes performances dans les centrales solaires.
5. Cellules IBC
Structure et principe
Les cellules à contacts arrière interdigités (IBC) déplacent toutes les lignes de la grille d'électrodes avant vers l'arrière, disposant les jonctions pn et les contacts métalliques selon une structure interdigitée. Ceci réduit l'ombrage et augmente l'absorption de la lumière. Sans contacts métalliques avant, les cellules IBC offrent une surface active plus importante pour la conversion des photons.
Intégration technologique
Les cellules IBC peuvent s'intégrer à d'autres technologies telles que PERC, TOPCon, HJT et la pérovskite, formant des cellules hybrides avancées comme « TBC » (TOPCon-IBC) et « HBC » (HJT-IBC).
Potentiel d'application
Grâce à leur design esthétique, les cellules IBC sont parfaitement adaptées au photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) et présentent de fortes perspectives commerciales.
Conclusion
Chaque type de cellule photovoltaïque offre des avantages uniques et joue un rôle essentiel dans le développement des technologies de l'énergie solaire. Grâce à une innovation constante, ces technologies stimulent la croissance et la transformation de l'industrie photovoltaïque.
