Panneaux solaires haut rendement — Crédits : CEA

Photovoltaïque haut rendement

Le CEA à l’INES développe des technologies compétitives et prometteuses pour les années à venir. Les activités de recherche concernent principalement le photovoltaïque sur base silicium, cellule et module, et les procédés avancés pour les produire. Elles répondent à deux grands enjeux :

Atteindre les meilleurs rendements énergétiques avec 25% de rendement sur silicium puis 30% avec des cellules tandem.
Poursuivre la baisse des coûts pour assurer la compétitivité des innovations et atteindre un coût de l’électricité d’origine solaire toujours plus compétitif.

Atteindre 25% de rendement avec une technologie hétérojonction industrielle

L'industrie photovoltaïque mondiale voit l'émergence de technologies haut rendement comme la technologie hétérojonction également appelée « SJT » pour «Silicon heterojunction ». Elle offre des avantages clés : rendement de conversion élevé, coefficient de température favorable, procédé simple compatible avec des coûts de production compétitifs et possibilité de faire des panneaux bifaces améliorant la productivité finale.

Depuis plus de 10 ans, le CEA à l’INES développe la technologie hétérojonction et bénéficie désormais d'une position unique sur la scène internationale pour diffuser cette technologie à travers son unité pilote « LabFab HET ». Cet outil de recherche permet à nos équipes de valider des procédés à haut débit (jusqu'à 2400 wafers par heure) et d’établir des records de rendement transposables rapidement à l’industrie.

Contacts passivés et procédés avancés pour le photovoltaïque haut rendement

Les contacts passivés à base de polysilicium sur oxyde SiOX ultra-mince sont devenus incontournables dans le paysage des cellules solaires photovoltaïques à haut rendement. Ces structures sont aussi bien utilisées dans les dispositifs à simple jonction pour la passivation électrique des interfaces métal/silicium, que dans les cellules multi-jonction, pour la formation d’interfaces « passivantes » entre les sous-cellules.

Le CEA à l’INES mène des recherches afin de comprendre les mécanismes physiques associés et de maîtriser les procédés d’élaboration de ces structures, et de toutes les autres technologies menant au haut rendement. Il a acquis depuis 2016 une visibilité internationale sur ces technologies.

Vers 30% de rendement avec les Pérovskites et les cellules tandem

Les performances photovoltaïques atteintes aujourd’hui par les technologies silicium sont proches des limites théoriques atteignables. De nouvelles architectures de dispositifs doivent être recherchées pour poursuivre l’augmentation du rendement des cellules vers 30% et donc de la baisse du prix de l’électricité produite. Les architectures tandems combinant cellule silicium et cellule pérovskite semblent être les meilleurs candidats pour remplir ces objectifs.

Le CEA à l’INES qui a démontré sa capacité de porter des résultats de laboratoire vers l’industrialisation pour les cellules silicium hétérojonction, pour les technologies imprimées comme le photovoltaïque organique, s’attaque aujourd’hui au défi des cellules pérovskites simple jonction et pour les cellules tandem pérovskites sur silicium.

Architectures et process de fabrication des panneaux innovants

Pour trouver des marges de compétitivité, l’industrie photovoltaïque innove constamment avec de nouvelles architectures de panneaux photovoltaïques, de nouvelles façons d’interconnecter les cellules entre elles et de nouveaux matériaux. Tout est fait pour gagner encore en rendement et en puissance. Cette industrie peut également gagner à mettre en œuvre de nouvelles méthodes pour aller vers l’usine du futur.

Le CEA à l’INES développe des outils novateurs pour le développement de panneaux photovoltaïques et la manière de les produire :

Par des méthodes nouvelles pour le domaine comme la modélisation numérique
Par des formats, comme les cellules découpées, ou des architectures / concepts récents comme les panneaux bifaciaux ou le tuilage de cellules
Par le développement d’équipements et de process avancés

Plateformes et équipements d’excellence

- La ligne pilote « LabFab HET » accueille les développements de la technologie hétérojonction et leur pré-industrialisation. Elle permet par exemple de valider les procédés nouveaux à des cadences pertinentes pour l’industrie de 2400 cellules par heure. Cette unité quasi industrielle pourrait produire 30 MW par an opérée en conditions industrielles

- La plateforme de recherche RESTAURE et ses 1200 m² de salles blanches dispose d’une gamme d’équipements de fabrication ou de caractérisation lui permettant d’adresser tout type d’architectures de cellules photovoltaïque sur silicium.

- La plateforme Perovskites permet aux technologies photovoltaïques utilisant des procédés imprimés comme les pérovskites de passer à de grandes surfaces, dans un environnement contrôlé en particules, température et humidité. Sa proximité immédiate à la plateforme RESTAURE permet un développement optimal des cellules tandem.

- La plateforme Modules offre sur 1500 m² toute la versatilité nécessaire et est équipée d’équipements de type industriel afin de raccourcir le plus possible le transfert à l’industrie.