Source: thesolarnerd.com
L'efficacité des panneaux solaires fait référence à la quantité de lumière qu'un panneau solaire convertit en électricité. Plus l'efficacité est élevée, plus vous obtiendrez d'électricité du panneau pour la même quantité de lumière. Pour un déploiement sur un toit avec un espace limité, cela peut être une caractéristique très importante.
L'efficacité n'a cessé d'augmenter au fil des ans, les fabricants continuant de trouver des moyens d'extraire plus d'électricité de la même quantité de lumière solaire. Mais au fur et à mesure que les limites de chaque technologie sont atteintes, les scientifiques et les ingénieurs doivent mettre la main à la pâte pour trouver de nouvelles façons de continuer à accroître l'efficacité.
L'une des dernières technologies qui fait son apparition sur le marché des panneaux solaires grand public est celle des cellules solaires à hétérojonction. Alors que Panasonic possède cette technologie depuis quelques années avec ses panneaux HIT, les brevets sur la technologie des hétérojonctions ont expiré en 2010, et de plus en plus de fabricants commencent à la déployer dans leurs produits.
Qu'est-ce que l'hétérojonction solaire
Les cellules solaires à hétérojonction combinent deux technologies différentes en une seule cellule: une cellule en silicium cristallin prise en sandwich entre deux couches de silicium amorphe en «couche mince». Utilisées ensemble, ces technologies permettent de récolter plus d'énergie par rapport à l'utilisation de l'une ou l'autre technologie seule.
Le type de panneau solaire le plus courant est fait de silicium cristallin - monocristallin ou polycristallin. Les cristaux de silicium sont cultivés en blocs puis coupés en feuilles minces, souvent à l'aide d'une scie à fil diamanté, pour former des cellules individuelles.
Un type moins courant de cellule photovoltaïque est le film mince, qui est fabriqué avec une variété de matériaux, dont l'un est du silicium amorphe. Contrairement au silicium cristallin, le silicium amorphe n'a pas de structure cristalline régulière. Au lieu de cela, les atomes de silicium sont ordonnés au hasard. Pour la fabrication, cela signifie que le silicium amorphe peut être déposé sur une surface - un processus plus simple et moins coûteux que la croissance et la coupe des cristaux de silicium.
En soi, le silicium amorphe est moins efficace pour convertir la lumière du soleil en électricité. Cependant, il présente l'avantage d'une fabrication moins coûteuse. Ce moindre coût et cette flexibilité dans le type de matériaux sur lesquels le silicium amorphe peut être déposé sont deux avantages importants.
Avec les cellules solaires à hétérojonction, une tranche de silicium cristallin conventionnelle a du silicium amorphe déposé sur ses surfaces avant et arrière. Il en résulte quelques couches de film solaire à couche mince qui absorbent des photons supplémentaires qui autrement ne seraient pas capturés par la tranche de silicium cristallin moyen.
Diagramme d'une cellule à hétérojonction
Comment les cellules solaires à hétérojonction augmentent l'efficacité
Une cellule solaire est constituée d'un matériau mince qui capte une partie de la lumière solaire qui la frappe. Ce n'est pas complètement opaque, cependant. Une partie de la lumière du soleil passera à travers la cellule, et certains rebondiront également sur la surface.
La technologie solaire hétérojonction en profite en construisant un panneau solaire à partir de trois couches différentes de matériau photovoltaïque. La couche intermédiaire de silicium monocristallin fait la plupart du travail de transformation de la lumière solaire en électricité.
Il y a une couche supérieure de silicium à couche mince amorphe qui capte la lumière du soleil avant qu'elle ne touche la couche cristalline, et elle saisit également la lumière du soleil qui se reflète sur les couches ci-dessous. Il est très mince, une grande partie de la lumière du soleil passe à travers. Mais même ainsi, il génère suffisamment d'électricité supplémentaire pour que le coût supplémentaire en vaille la peine.
À l'arrière du silicium cristallin se trouve une autre couche à film mince. Il capture la lumière du soleil qui traverse les deux premières couches. Si le panneau est un verre sur verre avec un panneau arrière transparent, cette couche de film mince arrière ajoutera une quantité importante d'électricité en raison de la lumière du soleil réfléchie par le sol.
En construisant un panneau à partir d'un sandwich de trois couches photovoltaïques différentes, un panneau solaire à hétérojonction peut atteindre des rendements de 21% ou plus. Ceci est comparable aux panneaux qui utilisent différentes technologies pour atteindre des performances élevées.
Avantages de l'hétérojonction solaire
Les principaux avantages des cellules solaires à hétérojonction par rapport aux cellules conventionnelles en silicium cristallin sont:
Une plus grande efficacité
Coût potentiellement inférieur par rapport aux autres technologies utilisées pour améliorer les performances, comme le PERC
Coefficient de température plus faible (performances améliorées à hautes températures)
L'efficacité des panneaux à hétérojonction actuellement sur le marché varie de 19,9% à 21,7% avec les plus récents panneaux HJT de REC Solar. Bien que ce ne soit pas le plus élevé du marché - le champion actuel est les cellules Maxeon proposées par SunPower, qui atteignent une efficacité aussi élevée que 22,7% - c'est une amélioration significative par rapport aux cellules monocristallines conventionnelles.
De plus, les autres technologies utilisées par les fabricants pour atteindre des rendements très élevés peuvent être plus coûteuses. Par exemple, les cellules Maxeon de SunPower utilisent un épais bloc de cuivre à l'arrière de chaque cellule. Bien que cette approche aide les cellules Maxeon à être les cellules les plus efficaces actuellement sur le marché, utiliser autant de cuivre n'est pas bon marché.
En comparaison, le silicium amorphe est une technologie relativement bon marché. Bien que ce type de solaire à couche mince ne soit pas aussi efficace que le silicium cristallin, il bénéficie d'une fabrication relativement simple. En nécessitant moins d'étapes de fabrication que les autres technologies, les panneaux à hétérojonction ont le potentiel d'être rentables par rapport aux autres types.
Enfin, les panneaux HJT peuvent avoir un avantage en termes de performances à haute température. Les panneaux solaires sont moins efficaces à des températures élevées. C'est un phénomène bien connu - en fait, les performances de température sont répertoriées sur la fiche technique de tout panneau solaire. Recherchez les coefficients de température et les puissances PTC, NOCT ou CEC .
Cependant, un avantage du solaire à couche mince est qu'il a un meilleur coefficient de température que le silicium cristallin. Cela signifie que les températures élevées ont moins d'impact sur les couches minces que le silicium monocristallin ou polycristallin conventionnel.
Avec deux couches de silicium à couche mince, les panneaux à hétérojonction gagnent un avantage sur les panneaux solaires conventionnels lorsqu'il s'agit de maintenir des performances élevées à mesure que la température augmente.