Panneaux photovoltaïques solaires : de quoi sont-ils composés ?
Les panneaux solaires photovoltaïques offrent une solution écologique et économique pour produire de l’électricité. En utilisant directement l’énergie solaire, propre, gratuite et renouvelable, ces panneaux permettent à leur propriétaire d’avoir une empreinte écologique très faible. Grâce à quels composants une installation solaire photovoltaïque arrive-t-elle à produire de l’électricité ?
Composition d’un panneau solaire photovoltaïque
La cellule photovoltaïque : ces cellules, qui composent les panneaux solaires photovoltaïques, émettent les électrons pour produire le courant électrique. Découpées, elles sont ensuite reliées entre elles en série, mais doivent être protégées (des chocs, du rayonnement solaire trop fort, du vent ou de la poussière) par plusieurs couches. Une cellule solaire photovoltaïque est ainsi composée, de bas en haut, par :
– une couverture de protection et anti-reflet
– un semi-conducteur (anode)
– une couche dopée P (avec un déficit d’électrons) composée généralement de silicium et de bore
– une couche de jonction pour isoler la couche dopée P et la couche dopée N
– une couche dopée N (avec un excès d’électrons) composée généralement de silicium et de phosphore
– un conducteur (cathode)
– une autre couverture de protection, généralement en verre
Les cellules étant reliées entre elles en plusieurs chaînes et protégées contre les agressions extérieures, elles forment alors un module photovoltaïque dont la surface est comprise entre 0,5 et 3 m². Chaque module est généralement encadré puis doté d’une boîte de jonction pour son futur raccordement électrique (diodes de protection) et « enfermé » entre une plaque de verre et une feuille de polymère. Si le module est placé entre deux plaques de verre, il est dit « bi-verre ». Assemblés, les modules forment alors un panneau solaire photovoltaïque.
Composition d’une cellule solaire photovoltaïque
En 2011, environ 81% des cellules photovoltaïques étaient composées de silicium, le reste étant produit à partir de tellurure de cadmium ou d’arséniure de gallium. Après l’oxygène, le silicium est l’élément le plus abondant sur Terre, mais il n’est disponible que sous forme de composés chimiques.
Les cellules photovoltaïques en silicium utilisant la technologie cristalline :
silicium multicristallin : après avoir subi un coulage en lingotière, il est refroidi durant une dizaine d’heures. Les cellules en silicium multicristallin sont énergivores et ont un rendement de 12%.
silicium monocristallin : la fabrication des cellules photovoltaïques se fait à partir de l’étirage d’un lingot cylindrique. Le rendement des cellules en silicium monocristallin est entre 14 et 16 %.
silicium amorphe : il est obtenu en décomposant le gaz silane (SiH4) sous vide. Les cellules en silicium amorphe (a-Si:H) permettent aux panneaux photovoltaïques d’être plus flexibles mais ont un rendement entre 7 et 8 %.
Les cellules photovoltaïques utilisant la technologie de couches minces :
Cette technique, beaucoup moins répandue que la précédente, consiste à déposer sur un substrat tel que le verre, une couche fine faite de matériaux en poudre. Ces cellules peuvent provenir du tellurure de cadmium (CdTe), du cuivre-inidum-sélénium (CIS) ou encore de l’arséniure de gallium (Ga-As). Les installations photovoltaïques en couches minces présentent l’avantage d’avoir un rendement supérieur aux panneaux classiques, mais sont toutefois très toxiques.