Les cellules solaires photovoltaïques sont devenues une source d’énergie révolutionnaire qui exploite la puissance du soleil. La composition de ces cellules repose sur un matériau semi-conducteur aux propriétés électriques uniques, qui leur permet une conductivité électrique et une production d’énergie sous l’effet de la lumière du soleil. La polyvalence des cellules photovoltaïques sur le plan technique est remarquable, compte tenu des formes et des tailles variées et de l’utilisation d’une série de matériaux semi-conducteurs différents. Il existe différents types de cellules photovoltaïques, mais leur fonction de base reste la même. Elles captent l’énergie de la lumière du soleil et produisent un courant électrique qui peut être utilisé pour fournir de l’électricité aux maisons et aux communautés.
La cellule photovoltaïque à concentration
La cellule photovoltaïque à concentration (CPV) est une approche spécialisée de l’énergie solaire qui concentre la lumière du soleil sur une zone limitée à l’aide de miroirs ou de lentilles. La technique utilisée par le CPV permet d’utiliser moins de matériaux photovoltaïques et de créer des cellules et des modules très efficaces, et constitue donc une option intéressante pour accroître l’efficacité de l’énergie solaire. Cependant, bien que le CPV présente des avantages considérables en termes de production d’énergie, les rendements globaux les plus élevés nécessitent des matériaux plus coûteux et des capacités avancées de suivi du soleil, ce qui pose des problèmes pour obtenir des avantages en termes de coûts par rapport aux modules traditionnels en silicium. Le développement et l’intégration de cette technologie solaire prometteuse ne pourront se faire sans un excellent rapport coût-efficacité.
La cellule photovoltaïque à multijonction
L’industrie solaire est constamment à la recherche de nouveaux moyens d’améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques. Les cellules solaires multijonctions sont créées par la superposition de plusieurs semi-conducteurs ayant des bandes interdites différentes, ce qui permet une plus grande absorption de la lumière du soleil. Contrairement aux cellules à simple jonction qui reposent sur un seul matériau semi-conducteur pour convertir la lumière en électricité, les cellules à multijonction offrent de meilleures performances grâce aux couches supplémentaires qui permettent de capter différentes parties du spectre solaire. Leur structure unique permet non seulement une production d’énergie plus efficace, mais offre également un potentiel d’innovation supplémentaire dans le développement de technologies solaires avancées.
La cellule photovoltaïque à couche mince
Les cellules photovoltaïques à couche mince sont de plus en plus populaires en raison de leur flexibilité et de leur capacité à produire de l’énergie en utilisant non seulement les substrats traditionnels en verre, mais aussi en plastique et même en métal. Il s’agit de la technique de dépôt sur un support d’une ou de plusieurs couches de matériaux photovoltaïques. Le CdTe (tellurure de cadmium) et le CIGS (diséléniure de cuivre, d’indium et de gallium) sont les deux principales technologies de semi-conducteurs utilisées pour les modules photovoltaïques à couche mince, qui se déposent à l’arrière ou à l’avant de la surface du module.
Dans le domaine des cellules photovoltaïques, le CdTe est un matériau très répandu, juste derrière le silicium. Fabriqué à l’aide de procédés de fabrication peu coûteux, ce matériau constitue une alternative rentable. Toutefois, les cellules au CdTe ne sont pas encore aussi efficaces que celles au silicium. D’autre part, les cellules CIGS ont un rendement élevé en laboratoire grâce à des propriétés optimales, mais le processus de combinaison d’éléments rend difficile le passage à la fabrication. Pour garantir un fonctionnement durable à l’extérieur, le CIGS et le CdTe doivent être mieux protégés que le silicium.
Le silicium
Dans les cellules solaires, le silicium est devenu le matériau semi-conducteur le plus courant, avec un pourcentage remarquable de 90 % des modules vendus aujourd’hui. Il est largement utilisé dans les puces électroniques en tant que semi-conducteur primaire. La structure des cellules au silicium cristallin se caractérise par un réseau cristallin organisé d’atomes de silicium, ce qui permet une conversion très efficace de la lumière en électricité. En outre, les cellules solaires à base de silicium constituent le choix privilégié en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût. En termes de durée de vie, les modules peuvent encore produire jusqu’à 75 % de leur puissance initiale, même après plus de 20 ans. Les propriétés du silicium jouent un rôle important dans le monde de l’énergie et dans la mise en place d’un mode de vie durable à l’ère moderne.
La cellule photovoltaïque pérovskite
Les cellules solaires pérovskites ont pris d’assaut le monde photovoltaïque en raison de leurs propriétés uniques et de leur potentiel de rendement élevé. Les cellules solaires pérovskites tirent leur nom de leur structure cristalline et sont constituées de couches de matériaux placées sur un substrat. Malgré la simplicité du processus d’assemblage, elles peuvent atteindre des rendements comparables à ceux des cellules en silicium cristallin. La durabilité et la stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite est un facteur crucial qui doit être amélioré pour assurer leur viabilité commerciale. Malgré cet obstacle, les chercheurs progressent dans le développement de techniques de fabrication rentables et dans l’amélioration de la longévité de ces cellules.
La cellule photovoltaïque organique
Les cellules photovoltaïques organiques, communément appelées cellules OPV, sont constituées de composés organiques qui améliorent les fonctionnalités des cellules solaires telles que la transparence, la bande interdite et la couleur. Bien que les cellules OPV aient une durée de vie plus courte et que leur efficacité ne soit que la moitié de celle des cellules au silicium cristallin, leur production rentable peut en faire une option intéressante pour la fabrication en grande quantité. La possibilité d’appliquer ces cellules au plastique souple et à d’autres matériaux de support fait des cellules OPV des produits polyvalents aux applications variées.
Les boites quantiques
Les boites quantiques sont apparus comme une technologie prometteuse dans le domaine des énergies renouvelables, et plus particulièrement des cellules solaires. Ces minuscules particules permettent de nouvelles méthodes de traitement des matériaux semi-conducteurs, mais se heurtent actuellement à la difficulté de créer des connexions électriques efficaces. Malgré cet obstacle, les boites quantiques sont relativement faciles à travailler et peuvent être transformés en cellules solaires par diverses méthodes. Les boites quantiques présentent un potentiel intéressant pour la technologie solaire en raison de leur capacité à capter la lumière difficile à maîtriser grâce à leur bande interdite personnalisable.
Conclusion
Le potentiel des cellules photovoltaïques pour contribuer à la production d’énergie renouvelable est immense, et le développement de la technologie des cellules photovoltaïques promet de jouer un rôle important dans notre transition vers un avenir durable. Le type de matériau semi-conducteur utilisé dans les cellules solaires est un facteur essentiel qui détermine l’efficacité et la rentabilité des systèmes photovoltaïques. Pour optimiser le potentiel de ces technologies, cette combinaison de matériaux doit être la plus performante possible.