Cellules solaires à hétérojonction : un avenir énergétique plus efficace et plus économique

Células solares heterounión: Un futuro energético más eficiente y económico
Table
  1. Que sont les cellules solaires à hétérojonction ?
  2. Avantages de la technologie des hétérojonctions
  3. Comment fonctionnent les panneaux solaires à hétérojonction ?
  4. Panneaux hétérounion vs panneaux traditionnels en silicium cristallin
  5. Quels avantages offrent les panneaux à hétérojonction ?


L'industrie photovoltaïque ne cesse de chercher à innover dans les processus de fabrication, les nouveaux matériaux, la conception de cellules et de modules solaires, dans le but ultime de maximiser les performances des dispositifs et de réduire le coût final de l'énergie. L’une des technologies qui commence à entrer sur le marché des panneaux solaires grand public est celle des cellules solaires à hétérojonction. De plus en plus de fabricants de haut niveau commencent à mettre en œuvre cette technologie dans leurs produits.

La technologie des hétérojonctions (HJT) a été négligée pendant de nombreuses années, mais elle a pris de l'ampleur ces derniers temps, démontrant ainsi son véritable potentiel. HJT résout certains des facteurs limitants courants des modules photovoltaïques (PV) standard, tels que la réduction du processus de recombinaison et l'amélioration des performances dans les climats chauds.

Si vous souhaitez en savoir plus sur la technologie HJT, cet article est fait pour vous. Vous découvrirez ici la conception et l'opérabilité d'une cellule HJT, sa différence par rapport aux technologies populaires, ses avantages, ses applications et bien plus encore.

Que sont les cellules solaires à hétérojonction ?

Les cellules solaires à hétérojonction combinent deux technologies différentes dans une seule cellule : une cellule de silicium cristallin encapsulée entre deux couches de silicium amorphe « à couche mince ». Cela permet une augmentation de l’efficacité des panneaux et une plus grande facilité de récupération d’énergie par rapport aux panneaux solaires au silicium conventionnels. Le type de panneaux solaires le plus courant est fabriqué à partir de silicium cristallin, monocristallin ou polycristallin. Contrairement au silicium cristallin, le silicium amorphe n’a pas de structure cristalline régulière. Au lieu de cela, les atomes de silicium sont disposés de manière aléatoire, ce qui rend le processus de fabrication moins coûteux pour ce type de cellule solaire.

Ce coût inférieur et la flexibilité du type de matériaux sur lesquels le silicium amorphe peut être déposé constituent deux avantages importants. Avec les cellules solaires à hétérojonction, une plaquette de silicium cristallin classique comporte du silicium amorphe déposé sur ses surfaces avant et arrière. Il en résulte une paire de couches de film mince solaire qui absorbent des photons supplémentaires qui autrement ne seraient pas capturés par la plaquette de silicium cristallin au milieu. Le concept de production HJT a été développé par SANYO Electric dans les années 1980 (SANYO a été racheté par Panasonic en 2009). SANYO a été la première entreprise à produire commercialement des cellules solaires en silicium amorphe. La technologie solaire à hétérojonction en profite en construisant un panneau solaire à partir de trois couches distinctes de matériau photovoltaïque.

Le concept typique de cellule solaire HJT comprend une cellule de silicium cristallin de type N au milieu, encapsulée entre du silicium amorphe à l'avant et à l'arrière.

Avantages de la technologie des hétérojonctions

Les principaux avantages des cellules solaires à hétérojonction par rapport aux cellules cristallines standards sont :

  • Une meilleure efficacité: Il existe déjà des cellules HJT qui ont atteint des rendements supérieurs à 25 % au niveau du laboratoire.
  • Coefficients de basse température : Cela signifie qu’ils peuvent mieux fonctionner à des températures de fonctionnement plus élevées. L'obtention d'un faible coefficient de température est en effet un facteur crucial pour le succès d'un type de module donné. Des coefficients de température proches de -0,3 % signifient que les cellules HJT subissent moins de pertes de performances tout au long de leurs cycles.
  • Bifacialité inhérente : Puisque les parties supérieure et inférieure sont constituées de cellules solaires amorphes.

Le rendement des panneaux à hétérojonction actuellement disponibles sur le marché varie de 19,9 % à 21,8 %. Il a été prédit que d’ici 2029, la part de marché des panneaux SHJ augmenterait de plus de 20 %.

Comment fonctionnent les panneaux solaires à hétérojonction ?

Les panneaux solaires à hétérojonction fonctionnent de manière similaire aux autres modules photovoltaïques, sous l'effet photovoltaïque, à la différence principale que cette technologie utilise trois couches de matériaux absorbants combinant des couches minces et des technologies photovoltaïques traditionnelles. Le processus consiste à convertir les photons en électricité et à générer un courant électrique qui traverse la charge.

Pour réduire la recombinaison de surface, les cellules HJT séparent les contacts hautement recombinants (ohmiques) de la couche à base de tranche à l'aide d'un film semi-conducteur passivant avec une couche à bande interdite plus large en a-Si:H. Cette couche intermédiaire provoque une fuite de charge suffisamment lente pour créer une haute tension, mais suffisamment rapide pour empêcher la recombinaison avant que les électrons ne soient collectés, augmentant ainsi l'efficacité de la cellule HJT.

Panneaux hétérounion vs panneaux traditionnels en silicium cristallin

La technologie d'hétérojonction améliore les déficiences trouvées dans les modules c-Si standard, réduisant ainsi la recombinaison de surface. Cette technologie a une efficacité rapportée plus élevée et améliore la durée de vie des modules. Grâce à ces améliorations, les panneaux HJT ont un coefficient de température plus faible, ce qui se traduit par de meilleures performances sous différentes températures extrêmes.

Quels avantages offrent les panneaux à hétérojonction ?

Les panneaux solaires à hétérojonction peuvent être très bénéfiques car ils disposent d’une technologie améliorée avec un grand potentiel dans l’industrie solaire. Voici quelques-uns des principaux avantages de la technologie :

  • Haute efficacité: Avec un rendement de conversion de 26,07 % pour les modules monofaciaux et de plus de 30 % pour les modules bifaciaux, l'hétérojonction se positionne comme l'une des technologies solaires les plus efficaces de l'industrie.
  • Bon coefficient de température: La technologie des cellules solaires à hétérojonction est moins affectée par les changements de température, ce qui la rend idéale pour les applications dans des endroits à haute température.
  • Haute biface : La cellule HJT a un facteur de biface de 92 %, ce qui permet au HJT d'offrir d'excellentes performances lorsqu'il est conçu comme un module bifacial.

La polyvalence des panneaux solaires à hétérojonction ouvre la voie à l'industrie solaire pour accroître les applications de l'énergie solaire, y compris les applications à espace limité telles que les tuiles solaires et les produits photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV), les sources d'énergie pour les appareils portables et les applications à l'échelle industrielle. Avec cela, l’avenir de la technologie à hétérojonction s’annonce prometteur, offrant une voie vers une efficacité plus élevée et une réduction des coûts énergétiques.

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