Les cellules photovoltaïques, également appelées photopiles, sont des dispositifs essentiels pour la production d’énergie solaire. Elles sont principalement composées de silicium, disposé entre deux électrodes. Le processus de fabrication de ces cellules est crucial pour leur efficacité et leur durabilité.
Le silicium cristallin
Le silicium cristallin représente actuellement 90% du marché mondial des cellules photovoltaïques. Il est produit sous forme de barreaux purifiés, qui sont ensuite découpés en plaquettes d’environ 0,2 mm d’épaisseur. Il existe deux types de silicium cristallin :
- Monocristallin : les cellules sont formées d’un seul cristal ordonné. Ce matériau offre un rendement de 15 à 18% et produit des cellules bleues unies.
- Polycristallin : il est constitué de cristaux assemblés, appelés “grains”. Moins onéreux, il est largement utilisé aujourd’hui. Les cellules polycristallines ont une couleur bleue avec des reflets “pailletés” en fonction de l’orientation des cristaux. Leur rendement est de 12 à 15%.
Les plaquettes de silicium sont ensuite découpées en tranches à l’aide de scies à fil pour obtenir la forme caractéristique des cellules photovoltaïques. Des dopants tels que le phosphore et le bore sont incorporés sur les plaquettes pour améliorer leurs propriétés électriques. Une couche antireflet est appliquée sur la face avant pour réduire les pertes de réflexion de la lumière incidente. Les contacts métalliques sont ensuite ajoutés sur le dessus et le dessous de la plaquette pour collecter l’électricité générée par le panneau solaire.
Le silicium amorphe
Le silicium amorphe est utilisé dans la fabrication de cellules photovoltaïques à couches minces. Il est déposé en fines couches de quelques microns seulement sur un support en verre ou en matière synthétique. Cette technologie permet de produire des cellules extrêmement minces pouvant être intégrées sur des supports souples.
Le silicium amorphe est produit directement à partir du gaz silane (Si H4). Le gaz est injecté dans une enceinte chauffée où l’on fait le vide. Par la suite, le silicium se dépose sur les supports en verre ou en matière synthétique. Des dopants tels que le phosphore et le bore sont ajoutés pour réaliser les couches p et n. Une couche mince transparente et conductrice faite d’oxyde d’étain (SnO2) sert d’électrode positive, tandis qu’une couche métallique est déposée sur le silicium pour former l’électrode négative.
Bien que le silicium amorphe présente un rendement inférieur à celui du silicium cristallin, de nouveaux matériaux, tels que l’arséniure de gallium (AsGa), le tellure de cadmium (CdTe) et le cuivre indium sélénium (CIS), se rapprochent des performances du silicium cristallin.
En conclusion
Les cellules photovoltaïques sont les éléments essentiels pour la création de panneaux solaires. La fabrication de ces cellules, qu’elles soient en silicium cristallin ou amorphe, nécessite des processus complexes pour assurer leur efficacité et leur durabilité. Grâce à ces avancées technologiques, l’énergie solaire devient une solution de plus en plus accessible et fiable pour la production d’électricité.
