Les différents types de cellules photovoltaïques

La cellule photovoltaïque est composée d’un matériau semi-conducteur qui absorbe l’énergie lumineuse et la transforme directement en courant électrique.

La production des cellules photovoltaïques nécessite de l’énergie, et on estime qu’une cellule photovoltaïque doit fonctionner environ 2 à 3 ans suivant sa technologie pour produire l’énergie qui a été nécessaire à sa fabrication.

Principe de fonctionnement

Une cellule individuelle, unité de base d’un système photovoltaïque, ne produit qu’une très faible puissance électrique, typiquement de 1 à 3 W avec une tension de moins d’un volt. Pour produire plus de puissance, les cellules sont assemblées pour former un module (ou panneau).
Les connections en série de plusieurs cellules augmentent la tension pour un même courant, tandis que la mise en parallèle accroît le courant en conservant la tension. Le courant de sortie, et donc la puissance, sera proportionnelle à la surface du module.

Avantages :: Haute fiabilité, pas de pièce mobile; Entetien réduit, peu ou pas de coût de fonctionnement
Inconvénients :: Coût de fabrication élevé; Fonctionnement par intermitence, dépend de l’ensoleillement; Rendement faible

Les principaux types de cellules photovoltaïque

Cellule multijonction

cellule photovoltaique multijonction
crédit : Spectrolab

Les cellules multi-jonction sont composées de différentes couches qui permettent de convertir différentes parties du spectre solaire et ainsi d’obtenir les meilleurs rendements de convertion.

Avantages :: Rendement inégalé
Inconvénients :: Pas d’application commerciale

Rendement record en laboratoire : environ 40% (sous une concentration de 240 soleils)

Développé pour les applications spatiales, ce type de cellule n’est pas encore commercialisable

Cellule en silicium monocristallin

cellule photovoltaique monocristalline

Lors du refroidissement, le silicium fondu se solidifie en ne formant qu’un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d’un bleu uniforme.

Avantages :: Très bon rendement (environ 150 Wc/m²); Durée de vie importante (+/- 30 ans)
Inconvénients :: Coût élevé; Rendement faible sous un faible éclairement

Rendement module commercial : 12 à 20%
Rendement record en laboratoire : environ 25%

Coût élevé

Cellule en silicium polycristallin

cellule photovoltaique polycristalline

Pendant le refroidissement du silicium, il se forme plusieurs cristaux. Ce genre de cellule est également bleu, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux.

Avantages :: Bon rendement (environ 100 Wc/m²); Durée de vie importante (+/- 30 ans); Meilleur marché que le moncristallin
Inconvénients :: Rendement faible sous un faible éclairement.

Rendement module commercial : 11 à 15%
Rendement record en laboratoire : environ 20%

Ce type de cellules ont pour l’instant le meilleur rapport qualité / prix

Cellule sans silicium en couche mince CIS

cellule photovoltaïque de type
cuivre - indium - sélénium (CIS)
crédit : Solar World

Les cellules CIS représentent la nouvelle génération de cellules solaires sous forme de films minces, de type cuivre-indium-sélénium (CIS). Les matières premières nécessaires à la fabrication des cellules CIS sont plus faciles à se procurer que le silicium utilisé dans les cellules photovoltaïques classiques. De plus, leur efficacité de conversion énergétique est la plus élevée à ce jour pour des cellules photovoltaïques en couche mince.

Avantages :: Permet d’obtenir les meilleurs rendements par rapport aux autres cellules photovoltaïques en couche mince; Permet de s’affranchir du silicium; Les matériaux utilisés ne causent pas de problème de toxicité; La cellule peut être construite sur un substrat flexible
Inconvénients :: Les cellules en couche mince nécéssite une surface plus importante pour atteindre les mêmes rendements que les cellules épaisses

Rendement module commercial : 9 à 11%
Rendement record en laboratoire : environ 19,3%

Cellule silicium amorphe en couche mince

cellule photovoltaique amorphe

Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projeté sur une feuille de verre. La cellule est gris très foncé ou marron. C’est la cellule des calculatrices et des montres dites "solaires".

Avantages :: Fonctionnent avec un éclairement faible; Bon marché par rapport aux autres types de cellules; Moins sensible aux températures élevées
Inconvénients :: Rendement faible en plein soleil (environ 60 Wc/m²), les cellules en couche mince nécéssite une surface plus importante pour atteindre les mêmes rendements que les cellules épaisses; Durée de vie courte (+/- 10 ans), performances qui diminuent sensiblement avec le temps

Rendement module commercial : 5 à 9%
Rendement record en laboratoire : environ 13,4%

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