Quel est le matériau de base du panneau photovoltaïque ?

Le rôle d’un panneau photovoltaïque est de générer de l’électricité. Lorsque la lumière brille sur une cellule photovoltaïque (PV), également appelée cellule solaire, cette lumière peut être réfléchie, absorbée ou traverser la cellule. La cellule PV est composée d’un matériau semi-conducteur. Le terme «semi» signifie qu’il peut mieux conduire l’électricité qu’un isolant mais pas aussi bien qu’un conducteur comme un métal. Il existe plusieurs matériaux semi-conducteurs différents utilisés dans les cellules photovoltaïques.

Lorsque le semi-conducteur est exposé à la lumière, il absorbe l’énergie de la lumière et la transfère à des particules chargées négativement, les électrons. Cette énergie supplémentaire permet aux électrons de circuler à travers le matériau sous forme de courant électrique.

L’efficacité d’une cellule photovoltaïque est relative à la quantité d’énergie électrique sortant de la cellule par rapport à l’énergie de la lumière qui brille dessus.

Une propriété importante des semi-conducteurs PV est la bande interdite, qui indique les longueurs d’onde de lumière que le matériau peut absorber et convertir en énergie électrique. Si la bande interdite du semi-conducteur correspond aux longueurs d’onde de la lumière qui brille sur la cellule photovoltaïque, cette cellule peut utiliser efficacement toute l’énergie disponible.

Découvrez ci-dessous plus d’informations sur les matériaux semi-conducteurs les plus couramment utilisés pour les cellules PV et qui interviennent dans la fabrication des panneaux solaires photovoltaïques.

SILICIUM

Le silicium est de loin le matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé dans les cellules solaires, représentant environ 95% des modules vendus aujourd’hui. C’est également le deuxième matériau le plus abondant sur Terre (après l’oxygène) et le semi-conducteur le plus couramment utilisé dans les puces informatiques. Les cellules de silicium cristallin sont constituées d’atomes de silicium connectés les uns aux autres pour former un réseau cristallin. Ce réseau fournit une structure organisée qui rend la conversion de la lumière en électricité plus efficace.

Les cellules solaires en silicium offrent actuellement une combinaison de rendement élevé, de faible coût et de longue durée de vie. Les modules peu vent durer plus de 25 ans, produisant toujours plus de 80% de leur puissance d’origine après cette période.

PHOTOVOLTAÏQUE À COUCHE MINCE

Une cellule solaire à couche mince est fabriquée en déposant une ou plusieurs couches minces de matériau PV sur un matériau de support tel que du verre, du plastique ou du métal. Il existe aujourd’hui sur le marché deux principaux types de semi-conducteurs PV à couche mince : le tellurure de cadmium (CdTe) et le diséléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS). Les deux matériaux peuvent être déposés directement sur l’avant ou l’arrière de la surface du module.

Le CdTe est le deuxième matériau PV le plus courant après le silicium, et les cellules CdTe peuvent être fabriquées à l’aide de procédés de fabrication à faible coût. Bien que cela en fasse une alternative rentable, leur efficacité n’est toujours pas aussi élevée que celle du silicium. Les cellules CIGS ont des propriétés optimales pour un matériau PV et des rendements élevés en laboratoire, mais la complexité impliquée dans la combinaison de quatre éléments rend la transition du laboratoire à la fabrication plus difficile. Le CdTe et le CIGS nécessitent plus de protection que le silicium pour permettre un fonctionnement durable à l’extérieur.

Il existe encore bon nombre de cellules et techniques tels que les cellules solaires en pérovskite, les cellules PV organiques, les cellules solaires à points quantiques,  les cellules solaires multifonctions ou encore la concentration PV.  Depuis l’invention des panneaux photovoltaïques, les acteurs du marché ne cessent d’innover pour toujours plus d’efficacité.

Depuis la création des premiers panneaux photovoltaïques, l’industrie ne cesse d’explorer de nouvelles voies pour accroître l’efficacité et l’impact de cette technologie cruciale dans la transition énergétique.