Que sont les cellules solaires TOPCon ?
Les fabricants de modules photovoltaïques (PV) tentent toujours de trouver de nouvelles alternatives plus avancées pour augmenter l'efficacité des panneaux solaires. Des améliorations d’efficacité peuvent être obtenues grâce à des technologies innovantes de fabrication de cellules, et il existe désormais quelques concurrents sur le marché de l’énergie solaire photovoltaïque.
La dernière tendance en matière de modules prévoit que la croissance du marché sera centrée sur les cellules solaires HJT et TOPCon.
Le rapport 2022 de la Feuille de route technologique internationale pour le photovoltaïque (ITRPV) montre certaines tendances attendues pour les 10 prochaines années :
♦ PERC (PERC)(Passivé Emitter Rear Contact) La technologie des cellules solaires est actuellement leader du marché avec une part de marché d'environ 75 %. Mais on prévoit que la part des cellules PERC mono-Si de type p diminuera à environ 10 % au cours des 10 prochaines années.
♦ TOPCon de type N(Tunnel Oxide Passivated Contact) gagnera une part de marché d’environ 10 % en 2022 jusqu’à 60 % en 2033, devenant ainsi le type de plaquette de silicium le plus répandu. Il est prévu que la plus forte augmentation se produise à partir de 2024.
♦ HJT de type N(Cellules solaires à hétérojonction) devrait passer d’environ 9 % (2023) à plus de 25 % au cours des dix prochaines années. La mise en œuvre de la technologie des cellules HJT souffre encore de difficultés en raison des coûts de production plus élevés des cellules solaires et de l'incompatibilité de la chaîne de production avec les technologies actuelles. Ce processus ne sera pas abordé dans cet article.
PERC de type P vs TopCon de type N
La technologie PERC est un compromis rentable entre efficacité et production de masse. Mais l’augmentation de l’efficacité des panneaux solaires grâce à cette méthode se produit lentement. Les modules de type P courants d'aujourd'hui atteignent des rendements d'environ 21,4 % qui augmenteront à 22,75 % au cours des 10 prochaines années.
Une cellule solaire TOPCon de type N installée dans un module photovoltaïque semble identique à une cellule PERC. Les cellules solaires de type P et de type N sont toutes deux constituées d’une plaquette de silicium. La différence entre eux réside dans la manière dont les tranches sont dopées avec des produits chimiques pour améliorer la production d'électricité.
En résumé, les cellules de type P sont dopées au bore, tandis que les cellules de type N sont dopées au phosphore. En comparaison, le phosphore se dégrade moins que le bore lorsqu’il est exposé à l’oxygène. De plus, le dopage au phosphore ajoute des électrons libres à la plaquette, ce qui augmente son efficacité.
Ainsi, les modules basés sur le type N peuvent atteindre des efficacités plus élevées. Selon les estimations, l'efficacité actuelle, proche de 22,5 %, augmentera jusqu'à 24 % environ au cours des 10 prochaines années.
Le problème du procédé de fabrication de type N est qu’il reste encore plus coûteux.
Avantages de la technologie TOPCon ?
1- Processus de fabrication
Les modules TOPCon peuvent être fabriqués avec pratiquement les mêmes machines que les modules de type P, ce qui signifie que l'emploi de cellules TOPCon ne nécessite pas d'investissements élevés de la part des fabricants.
2- Efficacité accrue
Selon l'institut Fraunhofer ISE, les rendements peuvent dépasser 25 %. L'efficacité théorique maximale des cellules PERC est d'environ 24 %.
3- Dégradation moindre
Les modules TOPCon ont une puissance de dégradation de puissance inférieure pendant la 1ère année et pendant les 30 années d'utilisation des panneaux photovoltaïques, par rapport aux panneaux PERC.
4- Coefficient de température inférieur
Les cellules TOPCon ont une meilleure résistance aux scénarios météorologiques extrêmes.
5- Taux de bifacialité
Le facteur bifacial des modules photovoltaïques PERC a été déterminé en moyenne à environ 70 %, contre jusqu'à 85 % pour les panneaux TOPCon. Ils collectent plus d'énergie par l'arrière par rapport aux modules bifaciaux PERC, ce qui est favorable aux projets de services publics montés au sol. Esthétiquement, ils peuvent également être plus attrayants que les panneaux solaires PERC.
6- Performances en basse lumière
Les modules TOPcon ont un rendement plus élevé dans des conditions de faible luminosité, ce qui prolonge la période de production d'électricité pendant la journée et améliore les performances de l'installation au fil du temps.
Inconvénients de la technologie TOPCon ?
L’un des problèmes majeurs des cellules TOPCon par rapport aux cellules PERC est qu’elles nécessitent une plus grande quantité d’argent (Ag) pour leur production.
TOPCon et PERC utilisent de la pâte d'argent pendant la production. Cependant, TOPCon utilise de la pâte d'argent des deux côtés des cellules. Cela signifie que les coûts ne seront jamais inférieurs à ceux du PERC.
De nouveaux procédés de fabrication pourraient être efficaces pour réduire la quantité d’argent requise, tout en offrant des efficacités similaires, voire supérieures. En retour, des coûts inférieurs permettront à cette technologie d’arriver sur le marché à des prix raisonnables.
Il existe d'autres problèmes techniques mentionnés ailleurs : le dépôt de bore, les différentes exigences relatives aux conditions de salle blanche qui doivent être respectées et l'incapacité de l'émetteur sélectif actuel à s'appliquer à l'émetteur frontal TOPCon. Ces questions dépassent le cadre de cet article.