Que sont les cellules solaires au silicium?
Les cellules solaires sont des dispositifs qui convertissent l'énergie lumineuse en énergie électrique. Pour fonctionner correctement, les cellules doivent être recouvertes d’un matériau semi-conducteur capable d’absorber la lumière. Les cellules solaires au silicium sont des cellules solaires revêtues de silicium et sont le type le plus couramment utilisé. Ces cellules sont connectées en série, appelées modules, et les modules sont interconnectés pour former un réseau produisant la tension souhaitée. Ceux-ci sont ensuite placés dans un récipient de protection derrière des panneaux de verre qui dirigent la lumière du soleil vers les cellules.
Lorsque la lumière frappe le panneau solaire, les photons sont absorbés par le matériau semi-conducteur. Les électrons sont lâchés et traversent le matériau qui produit de l'électricité. Un ensemble de cellules solaires au silicium convertit cette énergie en électricité à courant continu (CC). Dans un système intégré, l’électricité est ensuite introduite dans le réseau électrique au moyen d’inverseurs. Les produits solaires autonomes stockent l'électricité dans des batteries.
Bien que le silicium soit un élément très commun, il est généralement lié à la silice. Le silicium pur doit être extrait de la silice, puis traité pour en augmenter la conductivité. Le silicium pur est un mauvais conducteur d’électricité, mais lorsqu’il ajoute certaines impuretés, généralement des atomes de phosphore, il devient un excellent conducteur. Ce traitement consomme beaucoup d’énergie et est responsable du coût élevé des cellules solaires au silicium. Les cellules fabriquées traditionnellement utilisent du silicium monocristallin en vrac qui est découpé en plaquettes.
Pour aider à réduire les coûts, les scientifiques ont mis au point des cellules solaires au silicium à couche mince. Celles-ci utilisent seulement environ 1% du silicium utilisé par une cellule traditionnelle, mais sont malheureusement beaucoup moins efficaces. Des cellules constituées de plusieurs couches de film mince ont été développées, aussi efficaces que les cellules traditionnelles plus coûteuses, tout en conservant les avantages d'un coût réduit, d'un poids plus léger et d'une plus grande flexibilité. Les cellules de silicium en couches minces polycristallines et amorphes sont des options supplémentaires à moindre coût.
Les scientifiques doivent également trouver le moyen d'accroître l'efficacité des cellules solaires au silicium. La lumière du soleil a une large gamme de longueurs d’ondes contenant des photons avec une large gamme d’énergies. Certains d'entre eux sont trop faibles ou trop forts pour former la paire électron-trou qui doit être capturée par le matériau semi-conducteur. La plupart des cellules ne sont efficaces qu'à 15%, ce qui signifie qu'elles ne capturent que 15% de l'énergie électrique disponible dans la lumière solaire qui traverse les panneaux.
Des travaux sont en cours dans le monde entier pour trouver des moyens d'accroître l'efficacité et de réduire le coût des cellules solaires au silicium. Trouver un moyen d'accroître l'efficacité des couches minces et de réduire ainsi considérablement les coûts est une priorité pour un projet de recherche financé par l'Union européenne. Une société japonaise a mis au point des cellules solaires au silicium pouvant être utilisées dans plusieurs produits et dont l’efficacité moyenne est de 25%. Boeing-Spectrolab, société américaine, a mis au point une cellule solaire à concentrateur en silicium d’une efficacité de 40,7%.
La recherche et le développement de Mare sont nécessaires avant que l’énergie solaire ne devienne une source d’énergie primaire. C’est pourtant un domaine qui fait l’objet d’une attention et d’un financement internationaux. À mesure que les coûts diminuent et que l'efficacité augmente, l'énergie solaire peut devenir beaucoup plus courante. Même avec ces défis, les cellules solaires au silicium sont déjà utilisées dans une variété de produits. Ceux-ci comprennent des articles de tous les jours tels que des calculatrices, des lampes de poche, des chargeurs de téléphone, des fontaines à eau et des systèmes d’eau chaude domestiques et commerciaux.