Jusqu’où (et jusqu’où) les cellules solaires peuvent-elles aller

Jun 07, 2023

La plaquette de silicium NexWafe dit au revoir le trait de scie, bonjour les cellules solaires peu coûteuses, légères et flexibles.

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Les arguments économiques en faveur des énergies fossiles sont au bord de l’effondrement et la société allemande NexWafe GmbH est sur le point de lui donner un dernier coup de pouce dans l’abîme. NexWafe construit une nouvelle usine qui enverra de nouvelles plaquettes de silicium à faible coût sur le marché des cellules solaires. Pour dorer le lys vert, une partie des économies réalisées passe par le trait de scie, un drôle de mot pour désigner le grave problème du gaspillage de matériaux.

Les tranches de silicium constituent le cœur des cellules solaires en silicium, et les fabricants se sont efforcés de trouver des moyens plus efficaces de produire des tranches. La méthode de fabrication actuelle consiste à faire fondre le silicium en une masse de silicium polycristallin (alias polysilicium, entre autres noms) et à éliminer les impuretés. Un processus de croissance de germes de cristal appelé méthode Czochralski est ensuite utilisé pour « extraire » les lingots de silicium monocristallin de la masse. Enfin, les lingots sont découpés en tranches.

Les plaquettes de silicium peuvent également être fabriquées à partir de lingots polycristallins. Les cellules solaires fabriquées avec des plaquettes polycristallines ont tendance à avoir une efficacité de conversion solaire inférieure. Du côté positif, ils ont tendance à coûter moins cher et sont considérés comme une option raisonnable pour certains cas d’utilisation.

Quoi qu’il en soit, l’ensemble du processus de fabrication des plaquettes prend du temps, de l’énergie et de l’argent. Une partie de l’argent concerne la saignée, qui fait référence aux déchets de silicium produits lors du découpage des lingots. C'est comme la sciure de bois, mais pour le silicium. L'équipementier Meyer Burger a introduit en 2014 une nouvelle fraise diamantée à réduction de trait pour les lingots de silicium, mais des améliorations sont encore possibles.

D’ailleurs, la méthode Czochralski remonte à 1915 et porte le nom de son inventeur, le scientifique polonais Jan Czochralski, qui a inventé le procédé lorsqu’il est allé tremper sa plume dans un encrier et a frappé de l’étain fondu à la place (c’est ce que dit Wikipédia). . Il est clair que le moment est venu de changer.

Cela nous amène à NexWafe. L'entreprise vient de recevoir une injection de 30 millions d'euros (un peu plus de 32 millions de dollars) pour accélérer les travaux sur une installation de production à l'échelle commerciale, qui sera située à Bitterfeld, une ville du sud-est de l'État allemand de Saxe. Anhalt. Une autre usine devrait suivre en Arabie Saoudite si tout se passe comme prévu.

Le projet Bitterfeld est la dernière étape d’un long parcours de R&D. NexWafe est issue de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE en 2015 avec l'aide de Franhofer Venture. La startup avait pour mission de déployer une nouvelle méthode de production sans trait de scie développée par l'équipe de recherche de Stefan Rebar au cours des 15 dernières années.

Rebar est le co-fondateur de NexWafe, et tout ce travail acharné est sur le point de porter ses fruits. La nouvelle plaquette sans trait « EpiNex » est basée sur l'épitaxie, qui est une méthode de croissance de cristaux sur un substrat. Si le substrat est amovible, vous obtenez une couche ultra-fine de cristaux de la forme et de la taille souhaitées, sans avoir besoin d'une étape de découpe produisant une saignée.

« Le processus se concentre sur le dépôt chimique en phase vapeur sous pression atmosphérique (APCVD) à des températures allant jusqu'à 1 300 °C. Ce procédé est bien connu en microélectronique, mais a dû être radicalement adapté aux applications photovoltaïques en termes de débit des équipements », expliquait Fraunhofer dans un communiqué de presse de 2015.

« Stefan Reber et son équipe de 30 personnes ont développé différentes générations de réacteurs de dépôt, allant des configurations de laboratoire très flexibles de type batch aux grands systèmes en ligne multi-chambres avec la possibilité de déposer en continu des couches épitaxiales dopées p et n, " Fraunhofer a poursuivi, avec p- et n- faisant référence à deux variantes différentes de cellules solaires.

Selon NexWafe, la nouvelle plaquette de silicium sans rainure coûtera 30 % de moins que les plaquettes classiques, alors si c'est vrai.

« Entièrement compatible avec la fabrication conventionnelle de cellules solaires, NexWafe offre une réduction de 70 % de la consommation d'énergie lors de la fabrication. Le processus de fabrication continu et direct du gaz vers la plaquette de NexWafe minimise également les déchets, ce qui donne des plaquettes 30 % moins chères que les plaquettes conventionnelles », affirme la société.