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Nouveaux records d'efficacité pour les cellules solaires photovoltaïques

Article original - Publication : 04/03/2016 - imprimer
cellule photovoltaique First Solar Te recordCellule First Solar à base de tellurure de cadmium avec un taux de conversion de 22,1 %
© First Solar

La bataille fait rage entre les principaux fabricants de cellules photovoltaïques, capables de transformer l'énergie solaire en électricité. Chacun défend sa technologie et les 'rendements' associés. Sun Power et First Solar viennent ainsi d'établir de nouveaux records sur leurs technologies respectives.

First Solar vient d'établir un nouveau record mondial de recherche au niveau du taux de conversion du rayonnement lumineux solaire des cellules photovoltaïques (PV) à base de tellurure de cadmium (CdTe). Taux de conversion atteint : 22,1 %, certifié au laboratoire photovoltaïque du Technology and Applications Center (TAC) de Newport Corporation. Le record a également été enregistré dans le tableau de référence « Meilleure efficacité en matière de recherche sur les cellules » du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du département américain de l'énergie (voir graphique ci-dessous).

Abusivement nommé "rendement", le taux de conversion du rayonnement lumineux solaire d'une cellule photovoltaïque correspond à l'énergie produite (sous forme électrique) par rapport à l'énergie solaire reçue. Actuellement, les PV qui sortent des chaînes de production de First Solar, ont un taux de conversion de 16,9 %, par exemple pour la construction de la ferme solaire Topaz, débutée en 2011, dans le désert californien.

Si il existe déjà des cellues photovoltaïques avec des taux de conversion supérieurs à 20 %, il s'agit là d'une nouvelle technologie à base de tellurure de cadmium, différente de celles à base de silicium polycristallin, le semi-conducteur traditionnel de l'industrie solaire, et d'autres technologies à couches minces.

La cellule de First Solar a été conçu dans son usine, située à Perrysburg dans l'Ohio (Etats-Unis), et au centre de développement et de recherche à l'aide de processus et matériaux adaptés à une fabrication à l'échelle commerciale. Elle ne restera donc pas une chimère de laboratoire mais sera bien commercialisée. Le fabricant prévoit à long terme la production en série de cellules avec un taux de conversion de 25 %.

« Nous suivons de très près la feuille de route technologique qui avait été présenté en mars 2014 », a expliqué Raffi Garabedian, directeur de la technologie chez First Solar. « Nous avions alors prévu d'atteindre une étape de rendement de 22 % des cellules à fin 2015.  Et nous y sommes parvenus, comme promis. Cette réussite renforce notre confiance durable dans le CdTe en tant que matériel PV de qualité supérieure, combinant rentabilité, fiabilité et haute performance.  Ces dernières années et grâce à nos progrès en matière de recherche sur les cellules, nous avons amélioré l'efficacité et la densité énergétique de nos modules PV commerciaux produits en masse de façon au moins trois fois plus rapide que nos concurrents en PV à base de silicium polycristallin.  Nous comptons nous distinguer encore davantage dans les prochaines années ».

Les cellules photovoltaïques en tellurure de cadmium : une filière durable ?

Cependant, cette filière est controversée car le cadmium utilisé par First Solar est une substance qui est toxique par inhalation, même si elle n'est pas absorbée par la peau et que sa forme solide ne provoque aucun dommage. Notons que le risque sanitaire concerne exclusivement les personnes qui travaillent sur les chaînes de production.

En outre, le tellure (Te) est un élément peu abondant avec une production qui se limite à environ 250 tonnes par an et qui pourrait donc se tarir ou devenir très coûteux à extraire.

Son processus de fabrication n'est donc pas sans risque et une majorité de fabricants se sont écartés de cette voie.

SunPower : leader de l'efficacité énergétique

SunPower devance toutefois son concurrent grâce à des "rendements" légèrement au-dessus. Ainsi, il propose la cellule photovoltaïque Maxeon® qui repose sur une base en cuivre et affiche une efficacité de 24 %, proche du record mondial de 25,6 % détenu depuis 2014 par le Japonais Panasonic.

Un jour avant l'annonce de First Solar, SunPower venait de battre un nouveau record de performance avec un module photovoltaïque de 22,8 % approuvé par le NREL.

Et, dans les derniers mois de 2015, les lignes de production de Sun Power ont mis sur le marché des cellules photovoltaïques avec un taux de conversion de près de 23 % affirme le fabricant américain, filiale de Total et qui possède deux usines en France.

Un taux de conversion de 46 % en laboratoire

Dans les laboratoires, les taux de conversion sont deux fois plus importants est atteint 46 % ! Ce taux a été atteint par une cellule solaire développée conjointement par le CEA-Leti, l'entreprise française Soitec et l'Institut Fraunhofer pour les Systèmes Energétiques Solaires (ISE) en Allemagne.

Là aussi, les semi-conducteurs utilisés ne sont pas fabriqués en silicium. "Nous utilisons d'autres semi-conducteurs, des matériaux dits III-V", commente Thomas Signamarcheix, responsable du labo des substrats avancés du CEA-Leti. Comprenez des éléments chimiques classés dans les 3e et 5e colonnes du tableau périodique de Mendeleïev. Leur avantage : "Ils ont un rendement meilleur que le silicium", reprend le chercheur français, pour Science & Avenir.

A priori, le record, qui date de fin 2014, ne devrait pas rester confiné dans un laboratoire mais devrait être utilisé par exemple dans les "fermes solaires", ces grandes centrales solaires installées dans les régions qui bénéficient d'un ensoleillement direct élevé. Mais l'intégration de ces dispositifs dans les systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) s'accompagnera néanmoins d'une perte en rendement total. Au mieux, le taux de conversion devrait atteindre un peu plus de 36 %, ce qui est déjà beaucoup plus que les records de First Solar et Sun Power !

Classement des meilleurs "rendements" des cellules phovoltaïques

Le National Renewable Energy Laboratory (NREL), situé à Golden (Colorado) aux États-Unis est consacré à la recherche et au développement sur les énergies renouvelables et l'efficacité énergétique. Il a dressé et actualise le graphique ci-dessous qui rend compte de l'historique de l'efficacité énergétique des cellules solaires.

rendement cellules photovoltaïques© NREL

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avatar Christophe Magdelaine / notre-planete.info - Tous droits réservés

Source : www.notre-planete.info

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