Photovoltaïque : la course au rendement se poursuit

15/11/2013
Auteurs :
Publication eREE
OAI : oai:www.see.asso.fr:14389:5300
DOI :

Résumé

Photovoltaïque : la course au rendement se poursuit

Auteurs

Transition énergétique : il est temps de redonner la priorité à l’électricité
Comment décarboner les transports lourds de marchandises ?
La RATP se met au vert
Autoconsommation : le débat ne fait que commencer
Un mix gazier 100 % renouvelable en 2050 : peut-on y croire ?
La fiscalité du carbone se renforce
Stratégie nationale bas carbone : les premiers indicateurs de résultats interpellent
Eoliennes flottantes : deux inaugurations importantes mais beaucoup d’incertitudes demeurent
Vers un cluster de l’hydrogène dans la région de Liverpool-Manchester
Les batteries Li-ion pour l’automobile : un marché en pleine évolution
Mobileye et le Road Experience Management (REMTM)
La cyber-sécurité dans les systèmes d'automatisme et de contrôle de procédé
Les applications industrielles et scientifiques des logiciels libres : aperçu général
Les applications industrielles des logiciels. libres
Les applications industrielles des logiciels libres (2ème partie)
L'identification par radiofréquence (RFID) Techniques et perspectives
La cyber-sécurité des automatismes et des systèmes de contrôle de procédé. Le standard ISA-99
Êtes-vous un « maker » ?
Entretien avec Bernard Salha
- TensorFlow, un simple outil de plus ou une révolution pour l’intelligence artificielle ?
Donald Trump annonce que les Etats-Unis se retirent de le l’accord de Paris
L’énergie et les données
Consommer de l’électricité serait-il devenu un péché ?
Un nouveau regard sur la conjecture de Riemann – Philippe Riot, Alain Le Méhauté
Faut-il donner aux autorités chargées du respect de la loi l’accès aux données chiffrées ?
Cybersécurité de l’Internet des objets : même les ampoules connectées pourraient être attaquées
L’Internet des objets - Deux technologies clés : les réseaux de communication et les protocoles (Partie 2)
ISA L’évolution des normes et des modèles
FIEEC - SEE - Présentation SEE et REE - mars 2014
Les radiocommunications à ondes millimétriques arrivent à maturité
L’Internet des objets - Deux technologies clés : les réseaux de communication et les protocoles (Partie 1)
Internet des objets : l’ARCEP et l’ANFR mettent à la consultation l’utilisation de nouvelles bandes de fréquence autour de 900 MHz
L’énergie positive
Controverses sur le chiffrement : Shannon aurait eu son mot à dire
La cyberattaque contre les réseaux électriques ukrainiens du 23 décembre 2015
Le démantèlement des installations nucléaires
L’Accord de Paris
Les data centers
L’hydrogène
Le piégeage et la récolte de l’énergie. L’energy harvesting
Régalez-vous, c’est autant que les Prussiens n’auront pas...
Le kWh mal traité Deuxième partie : le contenu en CO2 du kWh
Le kWh mal traité
Enova2014 - Le technorama de la REE
Les grands projets solaires du pourtour méditerranéen
Après Fukushima, le nucléaire en question ?
On sait désormais stocker les photons pendant une minute
Identification d’objet par imagerie fantôme utilisant le moment orbital angulaire
La découverte du boson de Higgs, si elle est avérée, confirmera le modèle standard
Multiplexage par moment angulaire orbital : mythe ou réalité ?
Supercalculateur quantique: le choix de la supraconductivité
Photovoltaïque : la course au rendement se poursuit
Production d’hydrogène par photolyse de l’eau assistée par résonance plasmon
Vers une meilleure compréhension du bruit de scintillation
Les nombres premiers en première ligne
La nouvelle révolution des moteurs électriques
Les cyber-attaques, un risque pour nos grandes infrastructures ?
Le stockage de l’électricité
Le véhicule électrique (2) : comment donner corps à la transition énergétique ?
L'automatisation des transports publics
Les technologies nouvelles de l’éclairage : leur impact sur l'environnement et la santé
Les énergies marines renouvelables
Le véhicule électrique : une grande cause nationale
Médaille Ampère 2012
Berges2009_Hauet.pdf
Prix Bergès 2009

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6 mai 2013   1      Photovoltaïque : la course au rendement se poursuit  Jean‐Pierre Hauet  Membre émérite de la SEE    Plusieurs  annonces  sont  venues  confirmer,  depuis  le  début  de  l’année  2013,  que  le  dernier  mot  n’avait  pas  été  dit  en  matière  d’efficacité  énergétique  des  cellules  photovoltaïques  (ce  qu’on  appelle  usuellement  le  « rendement »).  La  compétition  fait  rage  entre  les  centres  de  recherches, aux USA et au Japon notamment,  afin d’améliorer les performances des cellules  et des modules et  de s’approcher ainsi de la  « grid parity ».  La  technologie  de  référence  est  celle  du  silicium, cristallin ou polycristallin, qui permet  d’atteindre  des  rendements  industriels  de  l’ordre de 20 % pour les cellules et de 18.0 %  pour les modules avec des « wafers » de 150  μm environ.  Plusieurs directions existent pour améliorer le  rendement  et/ou  le  prix  de  revient  des  cellules :  ‐ la  technologie  des  couches  minces :  silicium, tellurure de cadmium (CdTe),  chalcopyrites  du  type  CIGS  (séléniure  de  calcium  et  d’indium).  L’avantage  est essentiellement au niveau du prix  de  revient.  Par  contre,  le  rendement  des cellules reste plus faible que celui  du  silicium  (13.0  %  pour  le  CdTe  actuellement)  et  ces  technologies  peuvent  présenter  des  inconvénients  sur  le  plan  environnemental  (au  niveau de la fabrication des cellules et  du recyclage des panneaux) ;  ‐ les  technologies  multicouches  qui  permettent  de  tirer  parti  d’une  fraction  plus  large  du  spectre  solaire  et donc d’améliorer les rendements ;  ‐ les  technologies  à  concentration  qui  permettent  d’augmenter  la  quantité  d'énergie lumineuse reçue par surface  de la cellule.  Ces  différentes  approches  peuvent  se  combiner  entre  elles.  A  plus  long  terme,  d’autres technologies sont étudiées : cellules à  colorants, cellules organiques.  Compte  tenu  de  la  température  du  soleil,  le  rendement  thermodynamique  maximal  de  la  filière photovoltaïque se situe aux environs de  95  %.  Aujourd’hui,  le  meilleur  rendement  obtenu en laboratoire pour des cellules est de  44 % (2012) avec une concentration de 1 000  soleils (figure 1).  En  février  2013,  l’EPFL’s  Institute  of  Microengineering  (Suisse)  a  annoncé  avoir  obtenu  un  rendement  de  10.7  %  sur  des  cellules  au  silicium  de  1.8  μm.  Ce  résultat  a  été  atteint  simultanément  au  Fraunhofer  Institute for Solar Energy Systems de Fribourg  (Allemagne).  Le  rendement  n’est  pas  considérable  mais  l’épaisseur  des  cellules  est  réduite  de  deux  ordres  de  grandeur  par  rapport aux technologies conventionnelles.  En  février  2013,  First  Solar  a  annoncé  avoir  atteint  un  rendement  de  18.7  %  sur  des  cellules  au  tellurure  de  cadmium.  Cette  annonce  a  été  suivie  en  avril  de  celle  d’un  rendement record de 16.1 % sur des modules.  Le  précédent  record  datait  de  janvier  2012  avec 14.4 % en modules. La société a accéléré  son planning de transfert industriel et prévoit  d’atteindre  des  rendements  industriels  compris entre 16.2 et 16.9 % en 2016 (à la fin  2012, en phase industrielle, le rendement des  modules de la technologie la plus avancée est  de 13.1 %).   Panasonic  progresse  de  son  côté  sur  la  technologie du silicium en « hétérojonction en  couches  minces   (HIT) ».  Cette  technologie,   2     héritée  de  Sanyo,  consiste  à  entourer  une  couche  de  silicium  monocristallin  de  100  μm  environ  de  deux  couches  minces  de  silicium  amorphe  (figure  2).  Le  rendement  industriel  est  actuellement  de  21.1  %  en  cellules  et  de  18.6 % en modules. Panasonic annonce avoir  atteint en laboratoire 24.7 % sur des cellules  de 101.8 cm2 , ce qui excède de 0.8 % le record  qui était détenu à ce jour sur cette filière par  SunPower.     Figure 1 : Meilleures performances mondiales en cellules photovoltaïques (source : NREL avril 2013).       Figure 2 : Schéma de principe de la technologie HIT – Source : Panasonic  Dans  le  domaine  des  multicouches,  la  compétition fait rage. En février 2013, Sharp a  annoncé  avoir  atteint,  en  laboratoire,  un  rendement  de  37.9  %  en  cellule,  avec  un  assemblage  de  trois  couches  (figure  3),  sans  concentration :  ‐ Couche  supérieure :  phosphure  d’indium et de gallium ;  ‐ Couche  intermédiaire :  arséniure  de  gallium ;  ‐ Couche inférieure : arséniure d’indium  et de gallium.  Cette performance améliore de 0.2 %, grâce à  une optimisation de la couche inférieure, celle  annoncée  en  décembre  2012  avec  la  même  technologie.  L’objectif  de  Sharp  serait    3    d’associer  la  technologie  multicouches  à  la  concentration  et  de  se  focaliser  en  premier  lieu  sur  les  marchés  des  satellites  et  des  véhicules.    Figure 3 : Technologie multicouche de Sharp – Source : Sharp (2013)  Cependant,  deux  mois  plus  tard  (en  avril  2013),  Spectrolab  (Boeing  company)  a  également  annoncé  avoir  atteint,  sur  des  cellules à cinq couches sans concentration, un  rendement  de  37.8  %.  L’inconvénient  de  ces  technologies multicouches reste leur coût qui  limite  pour  l’instant  leur  utilisation  à  des  créneaux de marché spécifiques. En France, la  société  Soitec  a  industrialisé  la  technologie  Concentrix,  développée  avec  l’aide  du  CEA‐ Leti  et  du  Fraunhofer  Institute,  de  cellules  solaires  III‐V  multi‐jonctions  optimisées  (GaInP/GaInAs/Ge). Le rendement (industriel)  annoncé  est  de  30  %.  De  nouveaux  progrès  sont en cours d’implémentation  et la société  estime  être  au  meilleur  niveau  de  l’état  de  l’art dans le monde.  Pour  terminer,  mentionnons  que    la  société  Heliatek  (Allemagne)  a  annoncé  en  janvier  2013 qu’elle avait atteint un rendement de 12  % sur des cellules organiques combinant deux  matériaux  absorbants.  Ces  matériaux  (oligomères)  sont  déposés  sous  vide  en  couches ultra‐minces de 5 nm. Le marché visé  par Heliatek est notamment celui du bâtiment  sous forme de matériaux filtrants, absorbants  et  transformant  directement  l’énergie  solaire  en énergie électrique (figure 4).  Figure 4 : Application des matériaux  photovoltaïques polymères (source Heliatek).  On le voit : même si l’énergie photovoltaïque  traverse  aujourd’hui  une  passe  difficile,  elle  n’a pas dit son dernier mot.