Un panneau solaire en peinture

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On en distingue deux types:

Le semi-conducteur intrinsèque qui est un semi-conducteur avec une pureté proche de 100% car non dopé, c'est à dire qu'il n'y a pas d'atomes étrangers dans le matériau. Plus la température augmente, plus le nombre d'électrons arrachés à la bande de valence augmente et plus le matériau conduit. Il est isolant parfait à 0K (Kelvin) et conducteur parfait à 300K. Ce type de semi-conducteur n'est pas intéressant à exploiter car il a une conductivité très faible et de plus il faut le soumettre à une température trop importante pour qu'il commence à conduire. Dans l'industrie on a besoin de pouvoir contrôler la conductivité d'un composant électronique facilement. Il faut donc avoir la main sur le niveau d'impuretés présentes dans le matériau. Pour ce faire on utilise des semi-conducteurs dits extrinsèques.

Le semi-conducteur extrinsèque est, contrairement à l'intrinsèque, un semi-conducteur auquel on a ajouté des atomes extérieurs qui vont "polluer" le matériau de base. Le matériau obtenu est ainsi dopé ce qui va permettre d'augmenter sa conductivité. La quantité d'impuretés introduites dans le matériau a une grande influence sur les propriétés électrique que l'on va obtenir.

2. Les 3 générations de cellules

2.1. Cellules en silicium monocristallin

Le Silicium fait partie de la famille des matériaux semi-conducteurs décrits précédemment. Cette propriété est due à son procédé de fabrication. En effet, pour que le Silicium se mette à conduire, il faut le faire fondre avant de le laisser refroidir afin qu'il se solidifie et qu'il se forme une structure cristalline. Le cristal ainsi formé est ensuite découpé en tranches très fines qui auront la couleur bleue du Silicium. La technologie employant les cellules à base de Silicium monocristallin possède un très bon rendement proche de 17 %. De plus son utilisation est connue depuis longtemps ce qui a permis d'améliorer considérablement sa durée de vie qui peut atteindre 30 ans. Les cellules solaires à bases de Silicium monocristallin sont les plus importantes sur le marché du solaire actuellement et permettent de créer des modules facilement connectables au réseau(Figure3). Le gros inconvénient de ce type de cellule est que l'ensoleillement nécessaire à son exploitation doit être important. De plus, on n'est pas encore capable de recycler complètement tous les éléments qui les composent et leur prix est encore très élevé par rapport aux autres sources d'énergies.

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Figure 3 Module solaire en Silicium monocrsitallin

2.2. Cellules en couches minces

2.2.1. Silicium amorphe

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Figure 4 Composition du Silicium amorphe

Le procédé de fabrication des cellules en Silicium amorphe est complètement différent de celui des cellules en Silicium Cristallin. En effet, ce n'est plus du Silicium purifié qui est utilisé, il est désormais dopé, mais un gaz appelé le Silane (SiH4). Une torche à plasma vient détacher les atomes qui composent le gaz pour former à la fin des groupements d'atomes de Silicium et d'Hydrogène. Les atomes ainsi séparés viennent se coller par couches sur un support souple. C'est de la souplesse du support que dépendra la souplesse du panneau solaire (Figure4). Ce procédé de fabrication pourrait être adapté afin de recouvrir les toits des maisons à l'aide d'un système transportable permettant de vaporiser directement le gaz sur la surface que l'on veut exploiter. On peut régler l'épaisseur de la surface conductrice en changeant la quantité et le type de gaz. Grâce à cela on peut obtenir des épaisseurs inférieures au micromètre. Un autre avantage de cette technologie est qu'elle permet de capter l'énergie solaire même par temps nuageux ce qui la rend plus performante que d'autres installations bien que les rendements enregistrés soient d'environ moitié moins bon que ceux des cellules cristallines et que leur durée de vie n'est que d'une dizaine d'années. Cette technologie est nouvelle et donc encore mal connue, son processus de fabrication ainsi que les méthodes de recyclage en fin de vie doivent s'améliorer.

2.2.2. Cellules CIGS

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Figure 5 Cellules CIGS industrielles

Les cellules CIGS (Cuivre, Indium, Gallium, Sélénium) ne contiennent pas un gramme de Silicium ce qui réduit considérablement leur prix de production. Elles ont bien évolué jusqu'à aujourd'hui puisque leur rendement est comparable à celui des cellules au Silicium. De plus, elles présentent l'énorme avantage de pouvoir être imprimées sur de longue bandes de film plastique. Cette méthode de production en masse est un avantage en terme de coût et de conservation de la qualité et donc amélioration du rendement. L'industrialisation de ce type de cellule permet de rendre les cellules à base de polymères accessibles à tous et leur épaisseur très fine est appréciable du point de vue des transports et de l'installations (Figure5). Néanmoins ce type de cellules ne peut pas être peint directement chez soi, elle nécessite un matériel d'impression trop sophistiqué pour être déplacé et ainsi imprimer directement l'encre sur le toit d'une maison. Le problème de ce type de cellule est que tous ses constituants sont toxiques et donc non recyclables. Néanmoins, ce type de cellule possède un coefficient d'absorption de la lumière record proche de 100 % avec un rendement de 25 % ce qui est très bon pour des cellules solaires de nouvelle génération. Son procédé de fabrication est compliqué et donc très couteux, il faudrait changer de méthode de production ou de matériau pour réduire ces coûts. De plus, l'indium est rare et est un composant essentiel de cette technologie. Il serait donc impossible d'en produire en grande quantité et donc de s'en servir pour remplacer totalement nos sources d'énergies actuelles.

2.2.3. Cellules CdTe

Une autre matériau pourrait bien jouer un rôle important dans le développement des cellules solaires, c'est le Tellurure de

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