Les panneaux solaires photovoltaïques transforment les rayons du soleil en électricité, grâce à l’effet photovoltaïque. Pour fonctionner, ils sont constitués de cellules solaires en silicium cristallin, un matériau semi-conducteur obtenu selon différents procédés. Réputées pour leur efficacité et leur longue durée de vie, les cellules monocristallines équipent la majorité des panneaux photovoltaïques. Alors d’où vient le silicium monocristallin ? Comment est-il obtenu ?
Le silicium monocristallin est un équipement essentiel pour la construction de panneaux solaires.
Le silicium monocristallin est un matériau semi-conducteur issu du silicium, deuxième élément le plus abondant sur terre après l’oxygène. Il se distingue par la structure ordonnée de ses atomes qui lui confère sa grande pureté et sa solidité.
Ce matériau semi-conducteur est utilisé pour la fabrication de puces électroniques, informatiques, ainsi que pour la production de cellules solaires.
Le silicium monocristallin est utilisé pour fabriquer les cellules solaires des panneaux photovoltaïques monocristallins. Il reçoit des couches de dopage pour améliorer sa conductivité, et lui permettre de mieux capter les photons de la lumière solaire.
Le rendement de ces panneaux peut ainsi atteindre 24%. Cependant, des recherches sont en cours pour améliorer cette efficacité et rendre les cellules monocristallines encore plus performantes.
Les panneaux solaires monocristallins de type PERC permettent par exemple de gagner jusqu’à 2% de rendement supplémentaire. Les panneaux monocristallins bifaciaux sont tout aussi performants, cependant, ils coûtent plus cher à l’achat.
À noter :
Cellules PERC = Passivated Emmiter and Rear Cells ou émmetteur passif et cellules arrières. Sur ce type de cellules solaires, une couche de passivation est créée à l’arrière des cellules. Cela leur permet de capter plus de lumière solaire et de produire plus d’électricité. De plus, leur rendement reste optimal, même en cas de faible luminosité.
Les panneaux bifaciaux sont équipés de cellules solaires monocristallines sur leur face avant et à l’arrière, ce qui augmente leur rendement.
Le silicium monocristallin est constitué d’un seul cristal de silicium. Le processus de cristallisation est plus long et plus complexe, mais nécessaire pour obtenir une grande pureté et une parfaite homogénéité.
Le silicium polycristallin se compose de plusieurs cristaux de silicium, ce qui le rend moins pur. De plus, ses atomes sont désordonnés et sa fabrication nécessite moins de matériau que le silicium monocristallin.
Par ailleurs, ces deux types de panneaux ont des rendements différents. Ceux-ci varient de 18 à 24% pour les monocristallins et 15 à 18% pour les polycristallins.
Bon à savoir :
Le rendement réel des modules photovoltaïques dépend de plusieurs facteurs, comme l’ensoleillement, l’orientation et l’inclinaison.
Il faut plusieurs étapes pour produire du silicium monocrictallin.
La silice, ou dioxyde de silicium, est d’abord extraite du sol sous forme de minerais, de sable ou de quartz. Elle passe ensuite par un procédé industriel qui consiste à la mélanger avec d’autres matériaux dits réducteurs. Le mélange est porté à une température pouvant atteindre 3000°C en utilisant un four à arc.
Du silicium liquide est alors obtenu, puis purifié une première fois avant d’être transformé en lingots de silicium. C’est le silicium de grade métallurgique avec une pureté de 99%.
C’est à cette étape qu’on obtient du silicium monocristallin. Après la fabrication du silicium métal, deux procédés au choix peuvent être utilisés pour obtenir soit du silicium monocristallin, soit du silicium polycristallin.
Cependant, avant, le silicium métal subit d’abord une deuxième étape d’affinage pour lui donner une forme cristalline. Grâce à la méthode Siemens, on obtient ce qu’on appelle polysilicium ou silicium métallurgique de grade supérieur.
Pour obtenir la forme monocristalline du silicium, le polysilicium est d’abord recristallisé sous forme de lingots. Ensuite, la production du silicium monocristallin peut se faire soit par la méthode Czochralski soit par la méthode de la zone fondue flottante qui est plus coûteuse.
Voici les étapes du procédé Czochralski :
Une fois refroidi, le silicium monocristallin sous forme de lingot cylindrique est découpé en « wafers » ou galettes.
Dans ce processus, plusieurs étapes sont également nécessaires :
Les wafers reçoivent un dopage au bore ou au phosphore pour leur donner des propriétés semi-conductrices et leur permettre de produire de l’électricité. Ils sont découpés et un circuit électrique est imprimé sur leurs faces avant et arrière.
Les cellules solaires ainsi obtenues sont soudées ensemble et encapsulées. Elles forment alors le cœur d’un panneau photovoltaïque.
Bon à savoir :
Le silicium monocristallin représente une part majoritaire du matériau de base entrant dans la fabrication des panneaux solaires photovoltaïques. Sa grande pureté et son homogénéité permet à ce matériau semi-conducteur de capter plus de lumière solaire.
Cela permet d’avoir des panneaux solaires plus performants. De plus, ils sont devenus moins coûteux à produire, ce qui justifie aussi leur succès sur le marché du photovoltaïque.
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