Les panneaux solaires photovoltaïques sont constitués de différents types de cellules photovoltaïques, qui sont les éléments qui génèrent de l'électricité à partir de l'énergie solaire.
Les principaux types de cellules photovoltaïques sont les suivants :
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Les cellules photovoltaïques en silicium monocristallin (M-Si) sont constituées d'un seul cristal de silicium avec une structure uniforme très efficace.
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Les cellules photovoltaïques en silicium polycristallin (P-Si) sont constituées de nombreux cristaux de silicium et ont des performances inférieures.
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Les cellules à couches minces sont obtenues en déposant plusieurs couches de matériau PV sur une base.
Les différents types de cellules photovoltaïques dépendent de la nature et des caractéristiques des matériaux utilisés.
Qu'est-ce qu'une cellule solaire ?
Une cellule photovoltaïque est un composant essentiel d'un panneau solaire qui capte et convertit le rayonnement solaire en énergie électrique. C'est possible grâce au fait qu'ils sont fabriqués avec des matériaux semi conducteurs, généralement du silicium.
Lorsqu'un atome de silicium reçoit des photons de rayons solaires, il provoque un déplacement d'un électron et se traduit par un courant continu (DC).
En effet, une seule cellule solaire est incapable de pouvoir générer de l'énergie pour alimenter la maison. Pour cette raison, les panneaux photovoltaïques sont construits avec un ensemble de plusieurs cellules photovoltaïques. La somme du courant et de la tension de plusieurs cellules photovoltaïques génère un courant électrique approprié.
Selon l'utilisation des cellules solaires, nous pouvons connecter un onduleur pour transformer le courant continu en courant alternatif après les panneaux solaires.
Quels sont les matériaux utilisés pour les cellules photovoltaïques ?
Le matériau principal utilisé dans la fabrication des cellules photovoltaïques est le silicium.
C'est le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre (27,7 % en poids) après l'oxygène. Il se présente sous des formes amorphes et cristallisées. La première est une poudre brunâtre, plus active que la variante cristalline, qui se présente en octaèdres bleu-gris à reflets métalliques.
Le silicium pur n'existe pas à l'état libre, mais se trouve sous forme de dioxyde de silicium et de silicates complexes. Les minéraux contenant du silicium constituent environ 40 % de tous les minéraux courants, dont plus de 90 % des minéraux qui forment les roches volcaniques.
C'est un matériau semi-conducteur très abondant. Il est largement utilisé en composants électroniques comme matériau primaire pour créer des tranches ou des puces de silicium. Ensuite, ces tranches et puces peuvent être implantées dans des transistors, des cellules photovoltaïques et une grande variété de circuits électroniques.
Cellules photovoltaïques monocristallines
La première cellule cristalline fabriquée dans le domaine industriel est celle en silicium monocristallin pur. Ces types de cellules photovoltaïques ont de bonnes performances énergétiques mais ont un coût plus élevé que les autres types. Pour cette raison, leur niveau de mise en œuvre est actuellement modéré.
Les cellules monocristallines ont généralement une forme carrée, avec des coins arrondis (auparavant, elles étaient circulaires). Cela est dû au processus de croissance du cristal de silicium monocristallin qui a une forme cylindrique.
Voici les caractéristiques les plus remarquables :
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Le processus de chauffage est plus lent.
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Son procédé de fabrication est énergétiquement plus coûteux.
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Elle est plus efficace que les autres types de cellules photovoltaïques car les atomes de silicium sont parfaitement alignés.
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Le processus de fabrication est plus long.
Pour désigner les directions cristallines, les plaquettes monocristallines ont souvent des méplats pour indiquer l'orientation de la plaquette et le dopage.
Cellules photovoltaïques polycristallines
Dans le processus de fabrication du silicium polycristallin, le silicium est lentement autorisé à se solidifier dans un moule rectangulaire, ce qui donne un solide rectangulaire avec de nombreux cristaux. Ces cellules sont les plus courantes pour les centrales photovoltaïques de moyenne et faible puissance.
Le coût de production de type de cellule est moins cher mais ont des performances énergétiques électriques inférieures.
Les panneaux solaires polycristallins diffèrent des panneaux monocristallins car ils ont en plus une excellente résistance à la surchauffe, et leur fonctionnement est optimal dans les climats généralement chauds.
La couleur de ce type de cellule solaire est bleu foncé ce qui permet de détecter si un panneau appartient à ce type de cellule. Ces panneaux solaires aux cellules bleu foncé sont des panneaux solaires polycristallins.
Une autre différence entre les deux types de cellules photovoltaïques est qu'elles n'ont pas de bords arrondis mais qu'elles sont complètement rectangulaires, formant des angles de 90º.
Cellules photovoltaïques à couches minces
Les modules « couches minces » ne sont pas fabriqués avec des cellules individuelles mais sous forme de bandes continues déposées sur un substrat approprié. Les couches sont en silicium amorphe (a-Si) de 1 ou 2 microns d'épaisseur et ne nécessitent pas de connexions internes.
Une caractéristique de ce type de panneau est que les photons qui n'entrent en collision avec aucun électron les traversent grâce à leur faible épaisseur. Cette fonctionnalité permet de concevoir des panneaux avec différentes fines tranches superposées.
L'un des types de cellules à couches minces est la cellule en silicium amorphe. Les panneaux solaires à couches minces avec du silicium amorphe ont une performance d'environ la moitié de celle des cellules cristallines. Pour cette raison, d'autres types de semi-conducteurs commencent à être utilisés.
Quels sont les types de cellules solaires à couches minces ?
De nombreux matériaux sont fabriqués à l'aide de différentes méthodes de dépôt sur divers substrats. Les cellules photovoltaïques à couches minces sont généralement classées en fonction du matériau photovoltaïque utilisé :
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Cellules photovoltaïques à colorant (DSC) et autres cellules solaires organiques.
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Cuivre indium gallium et sélénium (CIS ou CIGS)
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Tellurure de cadmium (CdTe)
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Silicium amorphe (a-Si) et autre silicium en couches minces (TF-Si)
Cellules photovoltaïques en silicium amorphe
Les cellules photovoltaïques amorphes sont l'un des types de cellules solaires les plus connus. Ils ont une grande flexibilité dans leur composition, ce qui rend leur adaptation et leur résistance plus remarquables que les autres alternatives. Ce sont généralement de couleur marron ou gris foncé.
Ce type de cellule solaire PV est moins cher à produire. Cependant, il ne convient pas à une utilisation dans des panneaux solaires car sa consommation d'énergie solaire est trop faible pour alimenter un projet.