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Les panneaux solaires sont composés de cellules solaires à base de silicium. Celles-ci mesurent entre 80 et 100 microns d'épaisseur. 

Cependant certaines technologies de panneaux solaires appelées "couches minces" proposent des cellules solaires mesurant entre 0,5 et 3 microns d'épaisseur.  

Ces technologies permettent de réaliser des économies de matières. De plus pour certaines d'entre elles, le processus de fabrication est simple ce qui permet de faire baisser les prix et d'accéder à de nouveaux marchés.

Les technologies à couches minces sont toujours en plein développement pour leur permettre d'atteindre leur plein potentiel. Parmi celles-ci on distingue 4 grandes familles : CIGS, CdTe, GaAs et aSi.



Cellules solaires couches minces

Les cellules solaires CIGS


CIGS pour Cuivre, Indium, Gallium et Sélénium est une technique d'élaboration des cellules solaires qui se démarque car elle n'utilise pas de silicium ou d'élément toxique. D'un point de vue sanitaire et environnemental, le CIGS se place comme la technologie la plus respectueuse.

La technologie CIGS renferme un absorbant de lumière composé de cuivre. Cette composition lui permet d'être très résistante et d'avoir une forte capacité d'absorption de la lumière même en fin de journée. 

Ces cellules atteignent un très bon niveau de rendement sans utiliser beaucoup de matériaux.

Voici la composition d'un panneau solaire avec des cellules CIGS :

  • Un verre de protection
  • Une couche conductrice
  • Une couche de sulfate de cadmium
  • La couche de cellules solaires CIGS
  • Un collecteur de charge

Mais l'indium pose problème. C'est un élément naturel dont les réserves diminuent à grande vitesse. Il est aussi utilisé en priorité pour la fabrication de certains écrans. D'après les estimations, les réserves seront épuisées vers 2030.


Les cellules solaires CdTe


Les cellules CdTe sont des cellules solaires à hétérojonction. Elles sont un assemblage de tellure de cadmium et de sulfure de cadmium (2 composés semi-conducteurs). 

L'emploi du tellure permet une grande absorption de la lumière même lorsqu'elle est peu visible (aube, crépuscule, …). Ces cellules sont notamment légères, robustes et flexibles ce qui permet des applications marines ou autres loisirs. 

Ces cellules ont un bon niveau de performance même lors de la montée des températures avec une perte moyenne de 3% par tranche de 10°C contre 5% pour les cellules cristallines.

Le peu de matériaux utilisés pour produire un panneau solaire à cellules CdTe permettent des couts de production deux fois moins élevés. Voici leur composition :

  • Une vitre protectrice
  • une couche conductrice transparente
  • Du sulfure de cadmium
  • Du tellure de cadmium
  • Une couche conductrice inférieure métallique
  • Du substrat

Cependant le tellure de cadmium est un matériau qui pourrait manquer dans les années à venir. De plus le cadmium est un élément toxique même s'il devient inoffensif lorsqu'il est inclus dans les cellules solaires.



Cellules solaires photovoltaïque

Les cellules solaires GaAs


Les cellules solaires GaAs sont considérées comme les meilleures des technologies couches minces et donc les plus utilisées.

Elles permettent un fort rendement grâce à leur forte capacité d'absorption de la lumière et leur caractéristiques électriques particulières.

La technologie GaAs peut être jusqu'à 10 fois plus efficaces que les autres technologies à couches minces et peuvent améliorer le rendement de 40% soit le double des cellules solaires que l'on trouve sur le marché actuellement.

Grâce aux nouvelles méthodes de production de cette technologie, les couts ont nettement diminué en 2021. Les chercheurs continuent leurs travaux et la découverte d'une structure à base de nanofils semi-conducteurs pourrait permettre aux cellules GaAs de toucher un marché beaucoup plus large.

Mais à l'heure actuelle son prix est encore élevé.



Les cellules solaires aSi


Le silicium amorphe est un silicium non cristallisé qui est utilisé comme semi-conducteur.

Ses atomes désordonnés permettent de mieux capter la lumière permettant aux panneaux solaires disposant de cette technologie de produire même à l'intérieur d'un bâtiment.

Ces cellules sont utilisées pour la fabrication de panneaux solaires souples ou pour pose sur façade.

Voici leur composition :

  • Une couche de verre qui permet la pénétration de la lumière
  • Un film conducteur transparent
  • Trois couches de silicium amorphe
  • Une couche conductrice réflective

Les cellules aSi ont besoin de 100 fois moins de silicium qu'une cellule solaire classique. Cela permet des prix faibles ainsi qu'une empreinte carbone moindre.

Cependant la technologie aSi propose un faible rendement ainsi que des performances qui diminuent rapidement ; une perte de 10% à 20% entre les 3 et 6 premiers mois d'exploitation du panneau.


De manière générale, les technologies couches minces absorbent mieux la lumière et sont plus écologiques. Peu de matériaux sont nécessaires à leurs fabrications. Mais leurs rendements sont beaucoup plus faibles que ceux des panneaux solaires actuellement commercialisés.

Les chercheurs continuent à travailler pour faire face à cet inconvénient. Les technologies couches minces représentent un possible avenir pour l'industrie du solaire photovoltaïque, notamment pour certaines applications particulières !



Panneau solaire Sunpower



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