Les chercheurs du CEA tentent actuellement de franchir la barre fatidique de l’euro par watt à l’échelle du module photovoltaïque et des deux euros par watt installé (prix d’investissement du système Photovoltaïque).
Pour y parvenir, deux solutions s’offrent à eux : augmenter les rendements de conversion des cellules photovoltaïques (c’est-à-dire leur capacitéà récupérer et transformer la lumière reçue en électricité) et développer des processus de fabrication moins onéreux. Il est également nécessaire de réduire la contrainte liée au caractère aléatoire et intermittent de la production.
La production de silicium a du mal à suivre en raison de la mise en place insuffisante de capacités de production.
Les procédés de purification classiquement employés posent en outre des difficultés tant en termes de coût que d’énergie consommée. Entre début 2007 et fin 2008, le prix du kilogramme de silicium a ainsi triplé, passant de 40 à plus de 120 euros.
Le CEA et ses partenaires académiques et industriels de l’INES ont ainsi mis au point un procédé de purification qui pourrait donner un nouvel élan au silicium cristallin, le procédé PHOTOSIL.
Aujourd’hui, le silicium utilisé dans les cellules photovoltaïques est essentiellement issu de la technique de purification développée et mise en oeuvre au départ pour l’industrie électronique. Ce silicium de qualitéélectronique est extrêmement pur et permet d’obtenir de très bons rendements : sur une cellule solaire monocristalline (le nec plus ultra en termes de rendement), ils peuvent ainsi monter jusqu’à 20%, et jusqu’à 17% sur un tirage polycristallin, un peu moins onéreux. Mais la contrepartie n’est pas négligeable. Outre son coût élevé, la purification du silicium de qualitéélectronique s’effectue au moyen de procédés chimiques relativement consommateurs en énergie et émetteurs de gaz à effet de serre, ce qui est préjudiciable au bilan carbone de la filière.
Une plaque de silicium monocristallin est composée d’un seul cristal de grande dimension. Elle est d’un bleu uniforme. Le silicium polycristallin est d’aspect bleutéégalement mais on distingue des motifs créés par les différents cristaux. Pour un kWatt/h, la quantité de CO2 produite par ces opérations de purification est supérieure à celle qui est générée par le nucléaire.
Pour capter la lumière et produire de l’électricité, un silicium aussi pur que celui utilisé en électronique n’est pas indispensable. La solution que le CEA-Liten développe avec ses partenaires (CNRS, FerroPem, Apollon SOLAR) consiste à purifier « juste ce qu’il faut » par une voie métallurgique un silicium très bas coût employé pour réaliser des alliages métalliques ou obtenir des colles silicones.
Ce procédé original devrait permettre de commercialiser du silicium de qualité solaire à des prix beaucoup plus attractifs, d’environ 25 €/kg. Ce projet, baptisé PHOTOSIL, a été initié en 2007 et consiste àéliminer certaines impuretés notamment le bore par une torche à plasma mis au point par le CNRS.
[La purification du silicium par un procédé dit de torche à plasma]
PHOTOSIL a d’ores et déjà permis d’obtenir des résultats très prometteurs. Une étape importante a été franchie début 2008 avec la validation des différentes étapes de ce procédé dont l’étape dite « plasma » sur des lots de plus de 50 kg de silicium.
Les temps de purification du minerai de silicium ont été divisés par deux (le temps nécessaire pour éliminer le bore dans le silicium en fusion est ainsi passéà moins de 3 heures). Ce gain de temps est un élément essentiel en termes de productivité du four et par là, de viabilitééconomique du procédé.
- Les niveaux de purification atteints sont satisfaisants avec des concentrations résiduelles en bore avoisinant 1 ppmw.
- Les objectifs de prix de revient sont remplis puisque potentiellement les lingots de silicium issus de ce procédé coûtent environ deux fois moins cher que ceux de qualitéélectronique.
- Le silicium obtenu grâce au procédé Photosil est parfaitement adapté au photovoltaïque avec des rendements de conversion de plus de 15% obtenus fin 2008 sur ce matériau (la cible pour être viable économiquement est un rendement de 14%).
La technologie de purification PHOTOSIL devrait permettre de faire baisser les coûts des systèmes photovoltaïques d’environ 25%. Elle devrait être très prochainement industrialisée.
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Selon un rapport publié par le Département de l’Intérieur (DOI), le potentiel éolien aux Etats-Unis pourrait satisfaire l’ensemble de la demande en électricité du pays avec 20% générée par des parcs éoliens en mer Atlantique.
