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RÉSUMÉ
Les technologies photovoltaïques couches minces offrent d’énormes avantages, comparativement à la filière au silicium cristallin. Citons entre autres la grande flexibilité de taille et de forme, la possibilité d’intégration sur toutes sortes de substrats, et une large gamme de tensions et de courants. Pourtant, sur l’aspect économique, la bataille n’est pas encore gagnée, le handicap majeur restant le coût de fabrication des modules, une progression serait donc nécessaire en termes de rendement et de volume de production.
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Alain RICAUD : Gérant de CYTHELIA Consultants (Savoie-Technolac) - Professeur associé à l’Université de Savoie - Ancien directeur de France-Photon (Angoulême), Solarex Corp (Frederick, Md), et Solems SA (Palaiseau)
INTRODUCTION
On sait les difficultés rencontrées par la filière au silicium cristallin à ses débuts, pour avoir voulu démarrer sa carrière en remplacement des groupes Diesel sur un marché non solvable (les pompes africaines) aux besoins immenses, et sur un marché solvable (les faisceaux hertziens) aux besoins relativement limités. On pourrait donc penser a priori que si les couches minces ne sont pas capables de se substituer à la filière cristalline, par un coût de production moindre pour des performances semblables, leur avenir est sérieusement compromis. Ce serait ne pas voir les avantages concurrentiels propres aux filières « couches minces ».
Les caractéristiques des cellules photovoltaïques en couches minces qui dans certaines applications, peuvent les rendre plus attrayantes ou plus performantes que les cellules cristallines sont :
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la grande flexibilité de taille et de forme permettant de faire des modules sur mesure ;
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l’esthétique (couleur foncée, homogène et uniforme, connections des cellules en série presque invisibles à l’œil) ;
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une gamme variée de tensions et de courants dont les limites ne sont fixées que par l’optimisation des largeurs de bandes ;
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la possibilité de les rendre vraiment semi-transparentes ;
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la possibilité de les intégrer sur toutes sortes de substrats, notamment des supports souples ;
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la capacité de faire des générateurs 12 V de petite taille beaucoup moins chers que les générateurs cristallins équivalents (pénalisés par la découpe et les coûts d’assemblage de petites cellules) ;
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la capacité de faire des générateurs monolithiques de très grande taille (jusqu’à 2 m2).
Les technologies photovoltaïques des couches minces devront affronter plusieurs obstacles dans leur quête de diminution des coûts pour devenir compétitives avec les sources traditionnelles d’électricité.
Indépendamment des aspects commerciaux, de circuits de distribution et de marges de distributeurs, qui gouvernent à l’heure actuelle le prix de vente final au consommateur, vu sous l’angle du producteur industriel, pour améliorer les coûts des modules il est nécessaire de progresser sur trois fronts :
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la performance des modules (rendement ou Wc/m2) ;
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le coût de fabrication (€/m2) ;
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le volume de production (économie d’échelle).
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2. Production de masse
Nous traitons ici surtout les coûts de fabrication (€/m2) et les effets d’échelle en production.
2.1 Coûts
Le département d’énergie des États-Unis (DOE) a fixé comme objectif très ambitieux sur le long terme, un coût des couches minces de 0,33 €/Wc, basé sur un objectif de rendement des modules de 15 % et un coût de fabrication des modules par unité de surface de 50 €/m2. Cet objectif est à considérer comme l’objectif ultime de production généralisée d’électricité solaire.
Plusieurs études ont montré le potentiel pour les couches minces d’atteindre 50 à 70 €/m2. Aucune étude n’a validé le même potentiel pour le silicium cristallin. Nous traitons ici la question de comment accomplir cet objectif de 50 €/m2 à partir d’un document de Ken Zweibel, lui-même tiré d’informations en provenance de la société Solar Cells Inc .
Pour ce faire, nous indiquons les améliorations dans la recherche des procédés nécessaires dans les filières de CIS, de CdTe, et des technologies de couches minces en silicium pour atteindre cet objectif ambitieux. Nous examinons les paramètres clés, tel que les coûts d’investissements, les vitesses de dépôt, l’épaisseur des couches, le coût des matériaux, les rendements de production, les coûts des substrats et des parties amont et aval de la fabrication.
HAUT DE PAGE2.1.2 Projection de coût des modules
Le tableau 3 montre la situation actuelle des coûts de fabrication des quatre technologies en compétition :...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RICAUD (A.) - Panorama des évolutions technologiques - . Journée du 10 déc. 1998 sur le Développement du solaire photovoltaïque, SFT, SEE, Paris.
-
(2) - ZWEIBEL (K.) – NREL - Issues in Thin Film PV Manufacturing Cost Reduction - . Solar Energy and Solar Cells (1999).
-
(3) - ZWEIBEL (K.) - Thin Films : Past, Present, Future - . Progress in Photovoltaics, vol. 3, no 5, sept./oct. 1995.
-
(4) - RICAUD (A.) - PV Euromed - . Istanbul, feb. 1992.
-
(5) - ANDERSSON (B.), AZAR (C.), HOLMBERG (J.), KARLSSON (S.), LINDGREN (K.) – Institute of Physical Resource Theory, Chalmers University of Technology and Göteborg University, Sweden - Material constraints in a global energy scenario based on thin-film solar cells - . World Renewable Energy Congress, Denver, 15-21 june 1996.
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(6) - AZAR (C.), HOLMBERG (J.), LINDGREN (K.) - Socio-ecological...
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