Tout savoir sur l’hétérojonction photovoltaïque
Vous recherchez des modules solaires ou des panneaux photovoltaïques dotés de nouvelles technologies pour une centrale solaire performante ? Vous avez entendu parler de la technologie d’hétérojonction photovoltaïque et vous voulez en savoir plus ? Depuis son émergence, cette nouvelle technologie, souvent abrégée HJT, suscite un intérêt croissant parmi les chercheurs et les industriels.
Elle promet de révolutionner le secteur de l’énergie solaire et retient déjà l’attention d’une bonne partie des Français qui se préoccupent d’une transmission énergétique efficace. Mais qu’est-ce qui rend cette technologie si spéciale et comment peut-elle bénéficier à votre installation solaire ? Découvrez pourquoi elle est considérée comme l’avenir des installations photovoltaïques.
Qu’est-ce que la technologie d’hétérojonction photovoltaïque ?
Vous savez assurément que la protection de l’environnement est devenue une préoccupation mondiale. Cette situation a conduit à la prise de décisions comme celle de remplacer les énergies fossiles par des énergies renouvelables. D’où l’émergence des installations solaires pour la production d’une énergie propre et durable. Depuis leur avènement, les innovations qui visent à augmenter leur efficacité ne cessent de progresser au fil des années.
Les scientifiques et ingénieurs redoublent d’efforts pour découvrir de nouvelles solutions permettant de produire plus d’énergie à partir de la même quantité de lumière. C’est ainsi que des cellules solaires à hétérojonction ont vu le jour en 2005. Cette technologie est le fruit de recherches menées par des experts du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) en France. Mais que signifie réellement hétérojonction photovoltaïque ou cellules à hétérojonction ?
L’hétérojonction est un terme qui fait référence à la jonction entre deux matériaux différents. En effet, l’hétérojonction photovoltaïque signifie l’assemblage de deux matériaux semi-conducteurs différents, généralement du silicium cristallin et du silicium amorphe. Elle est utilisée pour désigner la nouvelle génération de cellules solaires, qui intègrent deux technologies. Il s’agit d’une cellule en silicium cristallin, couramment utilisée dans les panneaux solaires traditionnels et sur laquelle sont ajoutées deux fines couches de silicium amorphe à l’avant et à l’arrière.
Comment fonctionne une cellule solaire à hétérojonction ?
Le fonctionnement des panneaux solaires à hétérojonction repose sur une structure multicouche sophistiquée qui maximise l’efficacité de la collecte et de la conversion de l’énergie solaire en électricité. Comme mentionné précédemment, à la base de cette technologie se trouve une cellule en silicium monocristallin. Celle-ci est connue pour sa capacité à capturer la lumière et à générer des électrons lorsqu’elle est exposée au soleil.
De part et d’autre de cette couche de silicium cristallin, une fine couche de silicium amorphe est déposée. Ces deux couches de silicium amorphe dopé créent un champ électrique puissant qui facilite la capture des électrons vers les zones de collecte de l’énergie. De plus, contrairement au silicium cristallin, où les atomes sont disposés de manière ordonnée et structurée, le silicium amorphe se caractérise par un arrangement aléatoire de ses atomes.
Cette répartition permet de réduire les recombinaisons électroniques, un phénomène où les électrons et les trous se recombinent sans produire de courant électrique. En minimisant ces recombinaisons, la cellule peut utiliser plus efficacement les photons capturés. En outre, ces cellules sont souvent intégrées avec des couches passivantes en oxyde transparent (TCO), qui aident à réduire les pertes optiques et électroniques. Ces couches transparentes permettent à la lumière de pénétrer efficacement les cellules à hétérojonction photovoltaïque.
Quels sont les avantages des cellules solaires à hétérojonction ?
Si les cellules solaires à hétérojonction sont considérées comme une technologie d’avenir, c’est parce qu’elles offrent une série d’avantages très attractifs pour l’industrie de l’énergie solaire. Grâce à leur structure avancée et à la combinaison de différents matériaux semi-conducteurs, elles surpassent les cellules solaires traditionnelles en termes de performance, de durabilité et de coût d’exploitation.
Un rendement énergétique plus élevé : souvent supérieur à 22%
L’un des principaux avantages des cellules à hétérojonction est leur rendement énergétique exceptionnel. Elles peuvent atteindre des rendements de conversion supérieurs à 24 %, bien au-dessus de la cellule solaire standard. Par exemple, la cellule photovoltaïque à homojonction affiche pour le moment un rendement de 19 % pour le polycristallin et 22% pour le monocristallin. Par contre, le CEA-Liten et ses équipes ont réussi à produire, en août 2020, des cellules à hétérojonction photovoltaïque qui affichent un rendement de 25 % sur des équipements industriels.
Cela signifie tout simplement qu’elles sont susceptibles de produire plus d’électricité à partir de la même quantité de lumière solaire. De plus, les cellules à hétérojonction pourraient être associées à la technologie des cellules pérovskites pour capter les rayons solaires dans une gamme plus large, allant de l’ultraviolet à l’infrarouge, en passant par la lumière visible. Cette association pourrait augmenter davantage les rendements pour aller jusqu’à 32 %.
Une meilleure performance même en cas de faible luminosité
Les cellules solaires à hétérojonction sont également performantes. Contrairement aux cellules à homojonction qui n’utilisent qu’une seule face pour générer de l’électricité, les cellules à hétérojonction exploitent à la fois leur face avant (côté soleil) et leur face arrière. Cette capacité d’exploitation permet à la cellule de générer un gain de puissance supplémentaire, généralement de l’ordre de 10 % à 20 %.
Elles excellent même dans les conditions de faible luminosité. En effet, ces cellules maintiennent une production d’énergie élevée même par temps nuageux ou à des heures de faible ensoleillement, comme le matin et le soir. Cette capacité à fonctionner efficacement dans des conditions de lumière variable permet une production d’énergie plus stable et prévisible, ce qui rend ces cellules idéales pour les régions avec des variations de température importantes.
Une durée de vie plus longue grâce à une dégradation plus lente
Les panneaux solaires dotés de cellules à hétérojonction photovoltaïque font également preuve d’un équipement plus solide et plus durable. Ces panneaux subissent moins de dégradation au fil du temps grâce à leur conception unique, ce qui leur permet de maintenir une performance élevée pendant plusieurs années. Cela s’explique notamment par leur structure multicouche qui offre une protection contre les conditions environnementales difficiles.
Par ailleurs, ils sont utilisés dans diverses applications, allant des installations résidentielles aux grandes centrales solaires. Ils sont également populaires pour les installations sur les toits des bâtiments commerciaux et industriels, où l’espace est limité, mais où une production énergétique maximale est nécessaire. Vous pouvez même opter pour un carport solaire équipé de ces panneaux pour décentraliser l’installation de votre toit.
Réduction des prix de l’investissement sur le long terme
Avant tout, le design des composants des panneaux solaires à hétérojonction, notamment avec l’utilisation du silicium amorphe, est plus simple que celui d’une cellule conventionnelle. De même, le nombre d’étapes nécessaires à sa production, que ce soit pour sa fabrication ou son intégration, est réduit. Cette simplification du processus de production permet de produire ces cellules à un tarif plus abordable.
D’autre part, bien que le prix initial des panneaux à hétérojonction photovoltaïque puisse être plus élevé, leurs avantages en termes de rendement et de durabilité favorisent des économies significatives à long terme. La production importante d’électricité propre et durable permet de réduire vos factures d’électricité. De plus, la longévité des panneaux réduit les dépenses liées à leur remplacement fréquent. L’installation de ces panneaux vous permet aussi de réduire les coûts de maintenance. Ainsi, le retour sur investissement est généralement plus rapide et plus élevé.
Hétérojonction photovoltaïque : vers une énergie plus verte ?
A la base, les panneaux solaires ou photovoltaïques permettent de produire une énergie verte sans émission de CO2. Cependant, les cellules à hétérojonction représentent une nouvelle avancée technologique majeure pour une production d’énergie plus respectueuse de l’environnement. Dans un premier temps, leur efficacité signifie qu’il faut moins de panneaux pour produire la même quantité d’énergie, ce qui réduit les ressources nécessaires pour leur fabrication et leur installation.
De plus, leur longue durée de vie contribue à une diminution des déchets électroniques. Leur procédé de fabrication plus simple et plus rapide que celui des cellules photovoltaïques classiques réduit le nombre d’étapes de 21 à seulement 10. Parmi ces étapes, nous avons :
- la gravure par bain chimique pour former les pyramides sur les « wafers » ;
- le nettoyage et le dépôt par plasma de couches nanométriques de silicium amorphe ;
- le dépôt d’un oxyde transparent conducteur sur les deux faces ;
- la sérigraphie de lignes métalliques pour collecter les charges électriques.
Un autre aspect plus important est la réduction de la consommation d’énergie lors de la fabrication des cellules à hétérojonction photovoltaïque. Contrairement aux cellules photovoltaïques traditionnelles qui nécessitent des températures élevées de 800 à 850°C, les cellules à hétérojonction ne requièrent qu’une température moyenne d’environ 200°C. Cette économie d’énergie significative réduit l’empreinte carbone des cellules à hétérojonction sur l’environnement.
C’est d’ailleurs l’une des raisons qui ont motivé de plus en plus de sociétés à se lancer dans le développement de cette technologie qui n’est qu’à ses débuts. Par exemple, ENEL a investi 100 millions d’euros dans une usine de panneaux photovoltaïques à Catane afin de développer le premier site de production de ces cellules en Europe. Enfin, Recom-Sillia a construit une gigafactory près de Lyon pour amorcer la production des panneaux à hétérojonction en cette année 2024.
