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Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Cellule solaire à couche mince

Cellule solaire à couche mince

Les cellules solaires à couches minces sont une deuxième génération de cellules solaires. Ces cellules sont construites en déposant une ou plusieurs couches minces, ou film mince (TF) de matériau photovoltaïque sur un substrat, tel que du verre, du plastique ou du métal.

L'épaisseur du film varie de quelques nanomètres (nm) à des dizaines de micromètres (µm). Le film est beaucoup plus fin que la cellule solaire conventionnelle en silicium cristallin (c-Si) de première génération, qui utilise des plaquettes jusqu'à 200 µm d'épaisseur.

Cela permet aux cellules à fine couche d'être flexibles et plus légères. 

Moules au roquefort et lardons au C...
Moules au roquefort et lardons au Cookeo

De nombreuses recherches sont actuellement investies pour accroître l'efficacité de ces technologies photovoltaïques, car elles promettent d'atteindre l'objectif d'une production à faible coût de production et à haut rendement.

Où sont utilisées les cellules solaires à couches minces ?

Il est utilisé dans la construction de systèmes d'alimentation photovoltaïque intégrés et comme matériau de vitrage photovoltaïque semi-transparent qui peut être laminé dans des fenêtres.

D'autres applications commerciales utilisent des panneaux solaires à couches minces rigides (pris en sandwich entre deux vitres) dans certaines des plus grandes centrales photovoltaïques au monde.

Ces cellules solaires sont également une bonne option pour une utilisation dans les engins spatiaux en raison de leur faible poids.

Types de cellules photovoltaïques à couches minces

De nombreux matériaux photovoltaïques sont fabriqués à l'aide de différentes méthodes de dépôt sur une variété de substrats. Les cellules solaires à couches minces sont généralement classées en fonction du matériau photovoltaïque utilisé. Selon ces critères, on trouve les types suivants de cellules photovoltaïques à couches minces.

  • Silicium amorphe (a-Se) et autres silicones à couche mince (TF-Se)

  • Tellure de cadmium (CdTe)

  • Séléniure de cuivre et d'indium de gallium (CIS ou CIGS)

  • Cellules solaires sensibles aux couleurs (DSC) et autres cellules solaires organiques.

  • Arséniure de gallium (GaAs)

Tellure de cadmium (CdTe)

Le tellurure de cadmium est la technologie de couche mince la plus avancée. Environ la moitié de la production mondiale de panneaux photovoltaïques et plus de la moitié du marché des couches minces sont entre les mains de cette technologie.

L'efficacité des cellules in vitro a augmenté ces dernières années et est conforme à celle du film mince CIGS et proche de l'efficacité du silicium multicristallin.

Alors que les préoccupations environnementales concernant la toxicité du cadmium peuvent être entièrement résolues en recyclant le cadmium à la fin de sa période. L'utilisation de matériaux rares peut également être un problème pour la viabilité économique de ce type de cellule.

Séléniure de cuivre et d'indium de gallium (technologie CIGS) 

Une cellule photovoltaïque au sélénium gallium ou CIGS utilise un adsorbant de sélénium gallium indium et cuivre, les autres types de gallium libre étant en abrégé CIS.

Cette technologie est l'un des trois principaux courants de cellules à couches minces, les deux autres étant la tellurure de cadmium et le silicium amorphe, qui a un rendement en laboratoire de 5 % et une part de marché de 5 %.

Silicium amorphe

Le silicium amorphe est une forme multiple de silicium non cristallin. Les cellules avec ces matériaux en couche sont les plus avancées à ce jour. Les produits à base de silicium posent moins de problèmes que les produits CIS et CdTe.

De plus, il n'y a pas d'objection à l'utilisation de ce matériel semi conducteur standard en raison de la résistance politique à l'utilisation de matériaux non verts dans la production d'énergie solaire à basse température.

Les modules de silicium sont divisés en trois catégories :

  • Cellules photovoltaïques en silicium amorphe

  • Cellules photovoltaïques tandem multicristallines

  • Couche mince de silicium multicristallin sur verre

Efficacité de conversion des modules solaires à couches minces

La technologie des couches minces a toujours été moins chère mais moins efficace que la technologie c-Si conventionnelle. Cependant, il s'est considérablement amélioré au fil des ans.

L'efficacité des cellules de laboratoire pour CdTe et CIGS dépasse désormais 21 %, surpassant le silicium multicristallin, le matériau dominant actuellement utilisé dans la plupart des systèmes solaires photovoltaïques.

Les tests de durée de vie accélérée des cellules solaires à jonction à couche mince dans des conditions de laboratoire ont mesuré une dégradation un peu plus rapide par rapport au PV conventionnel, alors qu'une durée de vie de 20 ans ou plus est généralement attendue.

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Date de publication : 26 septembre 2019
Dernier examen : 29 juin 2022