Dans le cadre du projet Horizon 2020 HIGHLITE, le CEA à l’INES développe la technologie shingle appliquée aux cellules solaires hétérojonction hautes performances (HJT) et modules haute densité et forte puissance pour le marché des toitures commerciales et industrielles – une prometteuse série de modules préindustriels vient d’être réalisée.
Crédits : CEA
Modules hétérojonction avec interconnexion shingle industrialisables
Publié le 16/09/2021
La nouvelle technologie d'interconnexion des cellules appelée shingle (pour bardeaux) séduit la communauté photovoltaïque car elle offre des densités de puissance plus élevées à un coût compétitif. Ses atouts par rapport aux modules standard, sont nombreux : des pertes résistives plus faibles, une meilleure utilisation de la surface, un meilleur rendement énergétique, et un aspect esthétique important dans le bâtiment.
Les cellules intégrées selon cette technologie sont découpées en bandes (dans notre cas 6 bandes) et le courant qu’elles génèrent correspond au courant initial généré avant la découpe, divisé par le nombre de bandes.
Le module est ensuite assemblé sans rubans métalliques soudés sur les cellules, ni espaces inter-cellules et présente par conséquent un remplissage surfacique actif supérieur à celui d’un module standard.
Différents designs et topologies pour cette technologie ont été expérimentés et évalués, dans les conditions de la norme IEC 61215, pour aboutir à un procédé et une sélection de matériaux adaptés, performants et fiables pour réussir la montée en maturité. Une première campagne de fabrication semi-industrielle vient de se terminer et a permis de réaliser 10 modules Shingle HJT, d’environ 320 Watts pour une taille équivalent 60 cellules, conçus pour répondre aux besoins des applications « Building Applied PV » (BAPV) en termes de réduction de poids, de performance surfacique élevée et d’esthétique.
Les modules ont été réalisés avec des cellules hétérojonction « classiques » de format M2 fabriquées sur la ligne pilote du CEA à l’INES, ni sélectionnées ni traitées, dans une configuration verre en face avant et en face arrière, avec pour certains d’entre eux un encapsulant non bloquant pour les UV.
Ils présentent une puissance moyenne de 315,64 W soit 209,5 W/m², avec un écart type relatif de 0.34%, donc avec une excellente reproductibilité des méthodes de fabrication et de caractérisation utilisées.
Les modules avec encapsulant non-bloquant aux UV atteignent eux une puissance moyenne en face avant égale à 322,64 W soit 214,15 W/m² gagnant ainsi plus de 2 % en puissance.
Le rendement moyen est de 21,41% (surface active) pour les modules à encapsulant UV non-bloquant, et de 20,95% pour les autres. Sur la surface totale (marges comprises), le rendement module atteint : 19,5 %.
Le module pèse 19,6 kg soit un poids surfacique de 11,8 kg/m², un gain d’un tiers environ par rapport à un module de type standard (environ 18 kg/m²).
Ces résultats positionnent ces modules dans le top 5 mondial sur l’échelle des modules HJT industriels de même type en terme de densité (W/m²).
Ils ont été obtenus en collaboration étroite avec d’autres partenaires du projet HIGHLITE comme Applied Materials (AMAT).
Les tests réalisés en laboratoire montrent une excellente fiabilité de l’interconnexion, une large majorité des échantillons ayant résisté à 3 fois la norme, allant même jusqu’à 4 fois la norme pour certains.
Les tenues mécanique et électrique de ces modules continueront à être testées en extérieur pendant au moins un an, dans le sud de la France, sur le site du CEA à Cadarache.
Le CEA-INES montre ici la maturité qu’il a acquise sur la technologie Shingle appliquée à l’hétérojonction pour le segment de marché BAPV, encore très peu présente sur le marché mondial. La voie est ouverte pour le déploiement de cette technologie dans l’industrie.
Ce projet a reçu un financement du programme Horizon2020 de l'Union européenne pour la recherche, le développement technologique et la démonstration sous le Grant Agreement no. 857793.