D’ici 10 ans, deux nouvelles technologies photovoltaïques pourraient offrir des performances nettement supérieures. Un événement qui pourrait accélérer la transition énergétique.
On l’oublie parfois mais le secteur photovoltaïque recouvre de nombreuses technologies différentes, en laboratoire, émergentes ou déjà commercialisées, qui offrent des performances très différentes.
Au niveau mondial, ce sont les technologies silicium mono et poly-cristallines qui ont pu être rapidement commercialisée, voici plus de 15 ans, et qui représentent aujourd’hui la très grande majorité des systèmes installés en Belgique et dans le monde.
L’industrie continue à améliorer leur rendement de conversion de l’énergie solaire. Sur une période de 13 ans, le polycristallin est ainsi passée de 20 à 22% de rendement maximum (+2%), tandis que le monocristallin est passée de 24,7 à 26,1% (+1,4%). Ces deux technologies atteignent néanmoins peu à peu leur rendement théorique maximal (~= 30%).
Les chercheurs européens et internationaux continuent de travailler, depuis plusieurs années, sur une vingtaine de technologies photovoltaïques différentes et réalisent, en laboratoire, de nouveaux records de rendement, comme le montre le tableau ci-dessous – certes indigeste mais qui sert de référence au niveau international (cliquer sur l’image pour l’agrandir):
Records en laboratoire d’efficacité de cellules photovoltaïques selon les technologies. Source : NREL.
Parmi ces technologies, plusieurs pistes ont été abandonnées et des records réalisés en laboratoire n’ont jamais pu atteindre la maturité industrielle.
A ce stade, deux innovations se dégagent clairement avec des perspectives de rendements nettement supérieurs et une possible commercialisation d’ici 10 ans.
Les retours scientifiques, notamment dans le cadre de la conférence EU PVSEC, montrent en effet des avancées dans deux domaines : l’hétérojonction et les cellules tandems.
Les explications qui vont suivre sont tirées du Journal du Photovoltaïque (édition de juillet-août-septembre 2019 et du hors-série spécial EU PVSEC de septembre 2019). Nous vous invitons d’ailleurs vivement à vous y abonner pour un suivi approfondi du secteur photovoltaïque.
L’hétérojonction
L’hétérojonction – ou multijonction – consiste à assembler des jonctions utilisant des matériaux différents (silicium cristallin, sillicium amorphe, pérovskites, …). L’association d’une cellule silicium cristallin et d’une cellule couches minces, par exemple, peut amener un rendement théorique de 43% ; et l’ajout d’une cellule couches minces supplémentaire pourrait atteindre une performance de 50%.
Les cellules tandem
Les technologies tandem consistent à combiner les cellules silicium (dont les cellules à hétérojonction) avec des cellules couches minces pérovskites, GaAs ou CIGS. Elles affichent, ici aussi, un saut de rendement, théoriquement au-delà de 30%.
Dans les deux cas, les chercheurs – qui travaillaient jusque là sur une seule technologie – ont réunis leurs savoirs et expériences pour réaliser, ensemble, des avancées majeures.
Le défi industriel
Ces deux innovations doivent cependant encore arriver à maturité industrielle pour envisager une commercialisation.
Dans le domaine de l’hétérojonction, il s’avère nécessaire de revoir toute la chaîne de production. L’Europe peut jouer ici un rôle pionnier pour relancer une industrie photovoltaïque sur son territoire et rivaliser ainsi avec la Chine, en retard sur ces nouvelles technologies.
La France a construit, en 2018, la première usine européenne de cellules en hétérojonction (200 MW), en partenariat avec l’énergéticien Enel. Une mise en production industrielle est donc déjà en cours.
Les industriels européens doivent également relever le défi des cellules tandem.
Réduire les coûts
Pour relever ces deux défis, les industriels doivent améliorer les coûts de production, notamment par un gain de matière première.
Or le secteur utilise aujourd’hui 4 fois moins de matière et d’énergie qu’il y a 15 ans pour fabriquer des cellules, tandis que des innovations améliorent encore ces gains de matière et que la compétitivité du photovoltaïque se confirme au niveau international (lire nos articles Fabriquer des panneaux photovoltaïques consomme de moins en moins d’énergie , Photovoltaïque : une imprimante 3D optimise la fabrication des cellules solaires et Le photovoltaïque toujours plus compétitif).
Il devient dès lors crédible de voir arriver sur le marché, d’ici 10 ans, deux nouvelles technologies photovoltaïques offrant des rendements supérieurs à 30%, ce qui accélérerait la transition énergétique mondiale.
Lire également notre article Performance photovoltaïque : faut-il remplacer une installation après 10 ans ?