La fabrication de cellules solaires photovoltaïques consiste à soumettre des plaquettes de silicium à des températures supérieures à 1000 ° C. Le processus implique normalement l’utilisation d’éléments de chauffage, et nécessite surtout énormément d’énergie.
Un nouveau fourneau optique a été développé par des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) à Golden dans le Colorado. Cela consiste à réchauffer des galettes solaires en concentrant sur elles de la lumière. Il s’agit donc d’un processus beaucoup plus efficace qui utilise environ la moitié de l’énergie d’un four classique. Plus important encore, la nouvelle conception utilise aussi la lumière pour éliminer certaines impuretés des plaquettes de silicium, une étape qui peut améliorer la puissance de sortie des cellules finies.
Le projet est à un stade précoce. Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont réussi à améliorer l’efficacité des cellules photosensible que d’un demi-point du pourcentage calculé. Mais sur la base des tests en laboratoire, ils pensent pouvoir accroître l’efficacité de quatre points de pourcentage, passant d’environ 16 pour cent en efficacité à 20 pour cent, ce qui serait une aubaine dans le business de l’industrie solaire, qui célèbre tout de même le demi-pour cent d’augmentations.
Les températures élevées sont nécessaires à plus d’une étape au cours de la fabrication des cellules. Les fours sont aussi utilisés pour introduire des dopants dans le silicium dans le but de créer des champs électriques dans le matériau, pour faciliter les contacts. Chauffer sert aussi à oxyder les surfaces pour améliorer l’efficacité. Le nouveau four permettra également un meilleur contrôle de certains de ces processus, ce qui peut améliorer l’efficacité d’une cellule solaire.
Le procédé qui a été développé par NREL n’est pas le seul qui utilise la lumière dans le processus de transformation du silicium. Les fours à traitement thermique rapide, utilisés dans l’industrie de la microélectronique, utilisent également la lumière pour réchauffer les semi-conducteurs. Mais les nouveaux fours utilisent des céramiques très réfléchissantes et résistantes à la chaleur afin de s’assurer que la lumière soit absorbée uniquement par une plaquette de silicium, et non pas par les murs à l’intérieur du four. « Cela les rend beaucoup plus efficace », dit Bhushan Sopori, le chercheur responsable du projet fournaise au NREL.
En rendant plus précise la conception de la forme de l’intérieur du four, les chercheurs peuvent contrôler avec exactitude où la lumière sera focalisée, assurant ainsi des plaquettes chauffées uniformément. Il ne suffit pas seulement de s’assurer que la plaquette soit uniformément éclairée, les bords se doivent de recevoir plus de lumière, parce qu’ils perdent leur chaleur plus rapidement que le reste de la plaquette.
Le procédé réduit les contraintes thermiques sur les plaquettes et il permet un contrôle plus précis sur les réactions chimiques que ne le permettent les procédés à très hautes températures. Un contrôle précis des taux et une meilleure planification de la chaleur peut également améliorer les contacts électriques de la cellule solaire, et donc son efficacité. Ajoutons que la formule rend plus pratique l’introduction de l’étape d’oxydation. L’oxydation est généralement utilisée par une poignée de fabricants de panneaux haut de gamme, mais le nouveau processus sera moins coûteux et un nombre croissant d’entreprises seront plus à même de l’utiliser.
Sopori explique que la NREL a développé des procédés qui tirent mieux parti des effets thermique que ne le font les fours photoniques à traitement rapide. Comme les photons interagissent avec le silicium, ils peuvent supprimer des impuretés néfastes telles que le déplacement du fer hors de la matière, tout en gardant les avantages tels que le bore, qui est nécessaire pour le bon fonctionnement de la cellule solaire.
Les chercheurs n’ont pas encore achevé leur travaux à propos du gain des quatre points de pourcentage d’amélioration de l’efficacité, en partie parce que les nouveaux processus de traitement ne sont pas tous compatibles avec d’autres étapes dans la fabrication conventionnelle. Sopori dit qu’ils travaillent à modifier les autres étapes pour profiter pleinement de la fournaise optique.
NREL coopère avec Advanced Optical Systems pour développer une machine ayant la capacité de traiter non pas seulement une galette à la fois, comme avec la version de laboratoire, mais jusqu’à 2000. Ces hauts rendements seront nécessaires si les fours sont en concurrences avec les conventionnelles.
Traduit de l’article original de TechnologyReview, par Sébastien B.
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