Quels sont les matériaux clés utilisés dans les panneaux photovoltaïques ?
L’utilisation des panneaux photovoltaïques est un des points de départ vers la transition énergétique. Pour ce faire, les ingénieurs et les chercheurs n’ont de cesse d’essayer d’améliorer leurs efficacités. De nouveaux matériaux sont utilisés pour accroitre leur rendement et leur durabilité. L’article que voici mettra en évidence les matériaux utilisés pour la confection des panneaux photovoltaïques, l’accent sera porté sur les avancées les plus récentes.
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Silicium cristallin : la pierre angulaire des panneaux solaires
Le silicium cristallin est un des matériaux les plus utilisés dans la fabrication de panneaux solaires. Il dispose d’un assez grand nombre d’avantages qui font de lui un incontournable dans le domaine.
Le silicium cristallin : des avantages considérables
Cet élément présente des atouts majeurs que l’on ne peut pas négliger. Dans un premier temps, il est à savoir qu’on peut le trouver facilement dans la nature. Son exploitation ne devrait pas constituer un obstacle majeur. En plus d’être abondant dans la nature, il présente un rendement très élevé. De ce fait, il disposera d’une très grande efficacité énergétique. Dans la pratique, les panneaux solaires équipés de cette technologie offrent un rendement pouvant atteindre les 25 %. En moyenne, il se situe entre 18 et 13 %.
L’efficacité énergétique du panneau solaire sera maintenue même dans les régions où l’ensoleillement est assez faible. Il est également à souligner que cette technologie procure une plus grande durée de vie à vos plaques photovoltaïques. Avec tous ses avantages, vous devez surement vous dire que ce type de matériaux présente un prix assez élevé. Il n’en est rien. Le prix est assez intéressant pour les atouts dont il dispose.
Les avancées et les recherches dans le domaine du silicium et les panneaux solaires
Les recherches sont, pour la plupart, axées sur l’optimisation du rendement des panneaux solaires. Un gain de 1 à 2 % à ce niveau est considéré comme une véritable prouesse. Pour l’heure, la forme la plus avancée du silicium se trouve être le polycristallin. Il dispose d’un rendement avoisinant les 25 %. Pour le silicium monocristallin, le rendement est inférieur de 1 à 2 % par rapport à ce dernier.
Les recherches sont aujourd’hui orientées vers les cellules en tandem. Le concept est simple : apporter un autre élément pour accroitre l’efficacité de l’absorption. Dans cette tâche, les pérovskites semblent être le mieux placées pour mettre en place les cellules en tandem. Les pérovskites placées par-dessus le silicium devraient accroitre la fixation des électrons présents dans les rayons solaires. Ce point reste la clé pour maximiser le rendement d’un panneau solaire.
Couches minces : une alternative prometteuse
Outre le silicium, vous pouvez également trouver les cellules de couches minces sur les panneaux solaires. Elles sont souvent qualifiées de plaques photovoltaïques de deuxième génération. Dans la pratique, cette technologie consiste à déposer des cellules minces sur un support en verre, en plastique ou en métal.
Les différents types de couches minces,
Il existe différents types de couches minces. Il présente chacun leurs particularités. Vous aurez le choix entre :
- Tellure de cadmium (CdTe) : le tellure de cadmium constitue la plus grande part du marché des panneaux solaires basés sur les couches minces. Il présente un rendement et une efficacité énergétique impressionnante. En termes de production d’énergie, il se rapproche du silicium. Les problèmes de pollution liés à l’usage du cadmium sont solutionnés par le recyclage des panneaux en fin de vie.
- Séléniure de cuivre et d’indium de gallium (CIGS) : cette technologie vient après le CdTe. Elle est notamment réputée pour son cout assez faible. Dans la pratique, elle présente les mêmes caractéristiques que le silicium amorphe. Son rendement est loin de se rapprocher des 20 %. En laboratoire, il est de l’ordre de 5 %.
- Le diséléniure de cuivre, de zinc, d’étain et de soufre (CZTS) : ici, vous êtes en présence d’une cellule photovoltaïque à la fois flexible et peu couteux. Certes, son rendement est assez faible. Il est de l’ordre de 7,5 % en laboratoire. Mais il offre un grand nombre d’avantages par rapport aux autres matériaux. Outre le fait qu’il soit moins cher, il pourra être plié. De plus, ces composants ne nécessitent pas une exploitation à outrance des ressources terrestres. Cette technologie est plus prometteuse en matière de sécurité.
Si chacune des cellules présentées ici dispose de leurs propres avantages, comme on vient de le voir, on ne peut s’empêcher de remarquer que le prix reste leurs principaux avantages par rapport à d’autres technologies. Leurs poids peuvent également constituer un avantage considérable de ces types de matériaux.
Matériaux organiques : une voie vers des applications flexibles
Les matériaux organiques commencent à faire leur entrée dans le domaine des plaques photovoltaïques. Ils suscitent de plus en plus d’intérêt en raison de ses atouts qui sont considérables. Ses caractéristiques lui confèrent une plus grande flexibilité dans son utilisation.
Les caractéristiques principales des cellules photovoltaïques organiques
Les matériaux organiques sont encore loin du rendement d’une plaque solaire classique fait avec des cellules de silicium. Mais ils offrent d’autres avantages. Ils sont généralement dus à leurs caractéristiques. Les polymères conducteurs, par exemple, disposent d’une capacité de conduction de l’électricité qui leur sont intrinsèque. De ce fait, ils ont un atout considérable dans la transformation des rayons lumineux en énergie électrique.
Les colorants sensibilisés (DSSC) sont capables d’absorber une bonne partie du spectre lumineux émis par le soleil. Il offre une plus grande assimilation de ce dernier pour une conversion plus conséquente en énergie. Leurs structures chimiques peuvent être modifiées pour être plus adaptables au rayon du soleil. Le DSSC et le polymère sont des exemples qui incarnent parfaitement les cellules organiques utilisées pour la confection des panneaux solaires. Leurs caractéristiques laissent entrevoir une utilisation flexible et adaptative.
Les atouts et les défis que représentent les cellules organiques
Les avantages des cellules organiques sont nombreux. Le prix étant le premier d’entre eux. Ce phénomène s’explique par le fait que la production est moins couteuse. Les matières organiques sont plus accessibles et se fixent plus facilement sur les supports. Ils sont également plus flexibles que les matériaux inorganiques. Cette flexibilité se traduit par une pose sur une surface courbe. Ce point peut être très avantageux dans le cas où les conditions ne permettent pas une installation à plat.
La durabilité et la stabilité restent deux points sur lesquelles les chercheurs travaillent. Dans la pratique, les cellules organiques disposent d’une durée de vie plus limitée. Une utilisation sur le long terme pourrait poser un problème. Les études sur le sujet se focalisent sur l’introduction d’un nouveau type de cellule organique et de nouvelles méthodes de fixation. Si elles aboutissent, les panneaux solaires avec des cellules organiques devraient avoir plus de stabilité et un rendement plus conséquent.
Matériaux émergents : les promesses du futur
Outre ces trois types de cellules, les ingénieurs s’ouvrent à d’autres possibilités. De nouveaux matériaux font leur apparition. Ils sont porteurs d’un espoir pour un futur plus responsable. Avec les années, on pourrait aboutir à des plaques solaires avec des prix abordables tout en ayant un rendement satisfaisant.
Les matériaux à venir
Les chercheurs misent sur des matériaux ayant un rendement très intéressant tout en gardant un œil sur le prix et le cout de production. Parmi les sujets de recherches, vous avez :
- La pérovskite : cet élément est capable d’apporter une grande révolution dans le monde des panneaux photovoltaïques. Elle sera amenée à remplacer le silicium sur le long terme. Dans la pratique, elle offre un rendement record. Il est proche des 30 %, soit 5 % de plus que les plaques les plus efficaces à l’heure actuelle.
- Le graphène : il constitue un atout considérable pour le futur. Aujourd’hui, la production à grande échelle n’est pas encore mise en place, il faut encore l’objet d’une recherche poussée. Mais son utilisation en tant que plaques photovoltaïques serait innovante. Il est transparent. De ce fait, il pourra laisser passer la lumière tout en la convertissant en énergie électrique.
- Les nanotubes de carbone : le nanotube est un matériau qui offre à peu près les mêmes caractéristiques que le graphène. Il se présente sous la forme de tube ayant des diamètres nanométriques. Ces tubes présentent une très grande capacité de conversion de la lumière du soleil en énergie. Il peut également servir de conducteur.
Un défi pour être présent sur le marché
Les matériaux cités dans cette partie présentent tous des caractéristiques uniques. Ils laissent envisager des rendements exceptionnels pour un prix accessible. C’est notamment le cas de la pérovskite. Elle se présente comme le nouveau silicium. Deux autres matériaux offrent tout simplement la possibilité de transformer les fenêtres et les baies vitrées en des panneaux solaires.
Malgré tous ses avantages, il est encore essentiel de trouver des méthodes pour qu’ils puissent être commercialisés auprès du grand public. À l’heure actuelle, ils ne sont pas encore stables et ne disposent pas d’une durée de vie assez conséquente.
En somme, les recherches et les avancées dans le domaine des plaques photovoltaïques laissent à croire que l’avenir des énergies renouvelables est brillant. Le silicium cristallin offre un des meilleurs rendements à l’heure actuelle. Les couches minces restent de bonnes alternatives pour une utilisation plus flexible et un prix plus abordable. Les matériaux organiques constituent une option pour des usages bien spécifiques. La pérovskite, le graphène et les nanotubes constituent l’avenir du domaine.
