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Les panneaux solaires ne sont pas tous fait de la même manière. En effet, il existe différents types de cellules qui n’ont ni le même prix et ni le même rendement.

Les cellules monocristallines

Cellules Photovoltaïques Monocristalines

Les cellules monocristallines sont les photopiles de la première génération. Elles sont élaborées à partir d’un bloc de silicium cristallisé en un seul cristal. Vues de près, les cellules ont une couleur uniforme.
Elles ont un rendement de 12 à 16%, mais la méthode de production est laborieuse.

Le silicium n’est pas cristallisé, il est déposé sur une feuille de verre. La cellule est d’un gris très foncé. C’est la cellule des calculatrices et des montres dites « solaires ».

Avantages :

• Très bon rendement (23% en théorie et environ 17% dans la pratique).

Inconvénients :

• Coût élevé
• Rendement faible sous un faible éclairement

Les cellules polycristallines

Cellules Photovoltaïques Polycristalines

Les cellules polycristallines sont élaborées à partir d’un bloc de silicium cristallisé en forme de cristaux multiples. Vues de près, on peut voir les orientations différentes des cristaux (tonalités différentes).
Elles ont un rendement de 11 à 13%, mais leur coût de production est moins élevé que les cellules monocristallines.
Pendant le refroidissement du silicium, il se forme plusieurs cristaux. Ce genre de cellule est également bleu, mais n’est pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux.

Avantages :

• Bon rendement 13%, mais cependant moins bon que le monocristalin.
• Moins cher que le monocristalin
• Meilleur rapport qualité/prix.

Inconvénient :

• Rendement faible sous un faible éclairement.

Les cellules amorphes

Cellules Photovoltaïques Amorphes

Ces cellules sont composées d’un support en verre ou en matière synthétique sur lequel est disposé une fine couche de silicium (l’organisation des atomes n’est plus régulière comme dans un cristal). Leur rendement est de l’ordre de 5 à 10% (cf. tableau1), plus bas que celui des cellules cristallines mais le courant produit est relativement bon marché.
Elles sont appliquées dans les petits produits de consommation (montres, calculatrices) mais sont peu utilisées dans le cadre des installations solaires.

Avantages :

• Fonctionnent avec un éclairement faible (même par temps couvert ou à l’intérieur d’un bâtiment).
• Moins chères que les autres.

Inconvénients :

• Rendement faible en plein soleil (environ 6%).
• Performances qui diminuent sensiblement avec le temps.

Les cellules en couches minces

La technologie à couche mince désigne un type de cellule obtenu par diffusion d’une couche mince de silicium amorphe sur un substrat de verre.

Dans cette technologie, le principe est d’appliquer le semi-conducteur sous forme de « spray » sur un support. Le semi-conducteur est ainsi économisé car il n’est pas, comme pour les cellules au silicium cristallin, scié dans la masse. Cette méthode de fabrication devrait permettre dans l’avenir de réduire significativement les coûts de production des cellules PV.

Les cellules en polymère

Au-delà de l’amélioration des performances en termes de rendement et de fiabilité des dispositifs photovoltaïques, le véritable enjeu est de réduire de façon significative le coût du kilowattheure produit. Les matériaux organiques plastiques ou polymères, faciles à mettre en œuvre, sont en passe de s’imposer à côté du silicium pour la fabrication des cellules solaires, même si des verrous technologiques restent à lever.

Si le marché des cellules photovoltaïques est aujourd’hui dominé à plus de 90% par le silicium cristallin, les composites organiques, encore au stade de l’étude de la faisabilité d’introduction sur le marché en termes de rendement et de fiabilité, sont appelés à s’imposer là où les technologies du silicium sont ou seront mal positionnées.

Les organiques, autrement dit les plastiques, moins onéreux, apparaît en effet de plus en plus comme une voie d’avenir complémentaire, séduisante et crédible.

Dégradables, les polymères garantissent une technologie propre dans un contexte de développement durable. Faciles à manipuler, leur choix comme matériau de base permettrait aux industriels de n’avoir recours pour l’ensemble de l’ingénierie de la cellule qu’à une seule et même technologie peu coûteuse, car proche des techniques éprouvées de l’imprimerie. Autre avantage: ces plastiques permettraient également d’étendre l’offre à des produits souples ou de conformations diverses (tuiles de bâtiments par exemple), donnant accès à des marchés inaccessibles aux technologies classiques, notamment par leur intégration à des systèmes multifonctionnels.

Les Cellules à multi-jonction

Module à l’arsénure de gallium (GaAs)

Les modules GaAs sont les photogénérateurs de l’espace avec des rendements supérieurs à 25%, voir plus avec l’ajout de concentrateur de lumière. Leur défaut est le coût très élevé qui limite leur utilisation aux domaines où les performances sont plus importante que le prix.

Le diséluniure de cuivre et d’indium + sulfure de cadmium (CIS)

La couche équipant le panneau solaire est de l’ordre du micro-mètre. De plus l’abscence de silicum permet de limiter les coûts. Malgré des rendements inférieures aux cellules à base de silicium polycristallin, les dernières avancées technologiques réduisent l’écart. Enfin, elle peut être installée sur des matériaux flexibles.

Le dioxyde de titane ou rutile (TiO2)

Ces cellules sont également appelées cellules de Graetzel(nom de l’inventeur de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, Suisse). Ce sont des cellules solaires nanocristallines à colorant. Leur fonctionnement est inspiré de la photosynthèse. Elles sont constituées d’un côté d’une couche de dioxyde de titane recouverte d’un colorant appelé « sensibilisateur » et de l’autre d’une solution électrolytique. Lorsqu’un rayon lumineux tombe sur le colorant, un électron est éjecté. Tous les électrons ainsi libérés traversent l’oxyde, sont collectés au bord de la cellule et ensuite dirigés vers un circuit externe.

Les Cellules à concentration

Ces cellules sont constituées de deux éléments : une cellule solaire et un concentrateur.
La cellule solaire peut être de n’importe quelle type. Son rôle est bien entendu de produire de l’énergie. Le rôle du concentrateur est de capter des rayons du soleil sur une surface supérieure à la surface de la cellule. Ainsi, l’énergie reçue est plus importante, donc la production est plus importante.
Les records de rendement sont battus grâce à ce type de cellules : on atteint 40.7% en laboratoire avec une concentration de 296.
Des fabriquants commencent à vendre des solutions comprenant de petits concentrateurs.
Cette solution a un défaut principal : la chaleur. En effet, l’augmentation de la température diminue le rendement des panneaux. Aussi les cellules doivent être refroidies soit activement soit passivement.

Ainsi des cellules de lampe solaire de jardin munies d’une lentille de Fresnel (jouant le rôle de concentrateur) peut atteindre une production de 5W.