La fabrication des cellules solaires a considérablement évolué ces dernières années. L’énergie solaire devant connaître une croissance extraordinaire, l’avenir proche sera probablement marqué par encore plus d’innovations technologiques.
Dans cet article, nous aborderons les différentes étapes du processus de fabrication des cellules solaires. Nous mettrons également en évidence les défis et les progrès réalisés pour rendre les cellules solaires photovoltaïques plus efficaces et plus durables.
Table des matières
Le processus de transformation des matières premières en cellules photovoltaïques à haute performance est complexe. Fondamentalement, cette technique utilise l’effet photovoltaïque, dans lequel les photons excitent les électrons d’un matériau semi-conducteur pour produire un courant électrique, afin de transformer la lumière du soleil en énergie solaire. Voici les 5 étapes principales :
Des lingots aux plaquettes : ensuite, les lingots de silicium sont découpés en fines plaquettes de silicium. Ces plaquettes servent de base aux cellules solaires. Les panneaux solaires et les modules photovoltaïques les plus courants sont fabriqués à partir de cellules hexagonales ou rectangulaires. Les disques de plaquettes de silicium sont ensuite nettoyés et texturés afin de limiter les pertes par réflexion de la lumière solaire.
Les panneaux solaires sont ensuite créés en assemblant les cellules solaires en modules, en les recouvrant de couches d’éthylène-acétate de vinyle (EVA) et en ajoutant une couverture en verre et une feuille arrière pour plus de durabilité.
Pour faciliter les connexions électriques, les modules photovoltaïques sont équipés d’un boîtier de jonction. L’électricité en courant continu (CC) produite par les cellules est transformée en électricité en courant alternatif (CA) par un onduleur fixé au panneau solaire.
L’image ci-dessous montre les multiples composants utilisés dans l’assemblage des modules solaires.
Malgré une diminution rapide des coûts de fabrication, l’énergie propre obtenue à partir de panneaux solaires fait encore face à divers défis d’efficacité et de durabilité. Cependant, les avancées majeures dans les matériaux et les techniques de fabrication promettent des développements passionnants.
Voici les innovations les plus importantes à ce jour.
L’industrie solaire est utilisée pour produire des cellules solaires qui absorbent la lumière d’un seul côté. Des innovations récentes ont permis d’augmenter la production de modules bifaciaux, qui absorbent la lumière des deux côtés du module solaire.
Les cellules solaires PERC émetteur et cellule arrière passivés gagnent également en popularité dans la production de panneaux solaires. Ces cellules améliorées produisent jusqu’à 12 % d’énergie en plus, grâce à une couche supplémentaire à l’arrière de la cellule qui réfléchit la lumière du soleil vers la cellule solaire.
À l’avenir, les dispositifs solaires TOPCon et Heterojunction (HJT) devraient devenir les principaux types de cellules solaires fabriquées. Outre leur faible coût d’intégration dans les lignes existantes, ils offrent de nombreux gains d’efficacité par mètre carré hérités des innovations précédentes, ce qui se traduit par un système plus économique.
Les matériaux alternatifs ont récemment suscité un intérêt croissant au sein de l’industrie. Par exemple, les cellules solaires à couche mince de tellurure de cadmium (CdTe) et à pérovskite (PSC) ont une capacité d’absorption de longueur d’onde plus large et offrent des taux d’efficacité relativement élevés par rapport aux cellules traditionnelles en silicium cristallin.
De plus, les PSC sont compatibles avec les surfaces courbes et flexibles et sont généralement beaucoup plus fines que les cellules en silicium cristallin, ce qui ouvre de nouvelles possibilités pour la technologie solaire.
Cependant, la pérovskite se dégrade beaucoup plus rapidement que le silicium. C’est pourquoi les technologies hybrides (à jonctions multiples) à base de pérovskite et de silicium cristallin sont de plus en plus populaires, car elles augmentent la production d’énergie tout en restant abordables.
Ces cellules à jonctions multiples peuvent habituellement augmenter l’efficacité pendant les 10 à 15 premières années pour ensuite offrir l’efficacité normale d’une cellule de silicium traditionnelle. Grâce à la combinaison des matériaux, les cellules à jonctions multiples absorbent une gamme beaucoup plus large du spectre lumineux.
Un nombre croissant de fabricants ont adopté des solvants écologiques ou des procédés de traitement des matériaux sans solvants. L’intégration de la technologie laser dans les chaînes de production contribue également à réduire considérablement les déchets, la consommation de matériaux et les temps de cycle.
L’amélioration de l’efficacité et de la durée de vie des cellules solaires contribue également à réduire les déchets et la consommation de matières premières. Des entreprises telles que First Solar ont mis en place des programmes de recyclage qui permettent de récupérer jusqu’à 95 % des matériaux semi-conducteurs et 90 % du verre provenant des modules mis hors service.
La mise en place de stratégies circulaires pour l’eau dans les installations de production de cellules solaires peut également réduire la consommation d’eau jusqu’à 79 %.
La technologie laser peut jouer un rôle important dans l’amélioration de l’efficacité et de la durabilité des processus de fabrication des cellules solaires, des modules solaires et des panneaux solaires.
Voici une rapide vue d’ensemble des applications laser pour la chaîne d’approvisionnement de l’industrie photovoltaïque solaire :
Ce processus élimine les revêtements conducteurs des cellules solaires à couche mince afin d’éviter les courts-circuits, garantissant ainsi la fiabilité et la longévité des panneaux en laissant une surface en verre propre.
Cette méthode durable proposée par Laserax garantit un minimum de dommages au substrat et une cohérence élevée du débit.
En fournissant une méthode précise et sans contact pour nettoyer les surfaces, les systèmes de nettoyage laser améliorent la qualité d’adhérence des revêtements et des encapsulants, améliorant ainsi les performances des modules solaires.
La technique d’enlèvement de matière au laser de Laserax permet aux fabricants de panneaux solaires de séparer les revêtements et de récupérer des matériaux précieux avec une grande précision.
Un système de soudage laser à grande vitesse et sans contact permet de réaliser des soudures précises entre les composants des cellules solaires (p. ex. les languettes, les busbars) et d’améliorer l’efficacité de la production. Le soudage laser est généralement 10 fois plus rapide que le collage par ultrasons traditionnel, ce qui rend le processus plus évolutif.
La découpe de plaquettes consiste à séparer les puces individuelles d’une plaquette semi-conductrice. Le marquage laser peut être une option idéale pour la découpe de plaquettes en raison de sa rapidité, de son absence de dommages et de son processus sans consommables.
Les lingots de silicium utilisés pour produire des plaquettes doivent être gravés pour une découpe optimale et la traçabilité des plaquettes. Il est essentiel de garantir la traçabilité des composants des cellules solaires pour le contrôle qualité et la conformité réglementaire.
Les systèmes de marquage laser qui n’affectent pas les performances des cellules permettent d’obtenir un marquage précis, sans contact et résistant aux traitements sur les composants des cellules solaires.
Laserax joue un rôle crucial dans l’avancement de la fabrication des cellules solaires en proposant des solutions laser spécialisées qui améliorent l’efficacité, la qualité et la durabilité.
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La Dre. Annick Anctil est professeure agrégée à l’École d’ingénierie de l’Université du Michigan, où elle dirige des recherches sur l’évaluation anticipée de la durabilité. Elle utilise l’évaluation proactive de la durabilité pour réduire l’impact environnemental et financier des nouvelles technologies. Ses recherches portent principalement sur l’évaluation de l’impact environnemental des technologies photovoltaïques et des batteries, en particulier l’effet de l’extraction et du recyclage des matériaux destinés à des applications énergétiques.
Laserax fabrique des systèmes laser pour les équipementiers et des machines laser clés en main permettant d’intégrer facilement le marquage laser, le nettoyage laser, la texturation par laser et le durcissement laser dans les lignes de production. Grâce à son expertise en matière de laser, ses solutions sont sûres et efficaces.
L’énergie solaire est en plein essor, et la fabrication de panneaux solaires est au cœur de cette révolution. Dans cet article, nous allons explorer comment les panneaux solaires sont fabriqués et les principaux défis auxquels est confrontée la chaîne d’approvisionnement en énergie solaire. Nous allons aussi aborder les récentes améliorations et opportunités permettant de dépasser ces défis, notamment la technologie laser.
