Conclusion

2. D ÉVELOPPEMENT PHOTOVOLTAÏQUE , PERSPECTIVES ET R&D

Icell (A) Multi-cristallin CIGS Amorphe Organique Vcell (A)

FFICIENCY OF P

2. D ÉVELOPPEMENT PHOTOVOLTAÏQUE , PERSPECTIVES ET R&amp;D

2.5. Conclusion

Le monde de la conversion photovoltaïque, aussi bien au niveau de la recherche qu’au

niveau industriel, connaît depuis quelques années une mutation profonde associé à l’intérêt

croissant pour l’énergie photovoltaïque. Ce chapitre nous a permis d’explorer le principe de la

conversion photovoltaïque ainsi que les différentes technologies utilisées pour y parvenir. Des

aspects aussi bien technologiques qu’électriques on été abordés afin de mieux comprendre

l’ensemble du mécanisme de conversion photovoltaïque. Les possibilités d’innovation sont

très grandes et sont portées par le bouillonnement des recherches en vue d’améliorer les

filières existantes mais surtout d’en trouver des nouvelles et de préparer les prochaines

ruptures, autant technologiques notamment dans les matériaux et les rendements que

conceptuelles par des approches conjointes matériaux-système. Pour ces dernières, elles

doivent associer des chercheurs de tous horizons sur des bases pluridisciplinaires, comme

dans le projet ATOS, ce qui constitue un contexte dynamique de recherche innovant et sans

précédent à notre connaissance.

Un élément clé dans ces recherches est la capacité de conversion photovoltaïque, il

nous faut donc parler du « graal » des recherches dans le domaine du photovoltaïque qui est

l’obtention de rendements très élevés. Ces recherches s’appuient sur l’analyse théorique de la

conversion photon-électron adaptée à l’ensemble du spectre solaire. Celles-ci montrent que le

rendement maximum théorique serait alors d’environ 85% [47]. On est loin de ces

rendements. Le chemin à parcourir par rapport aux valeurs actuelles laisse un potentiel d’au

moins 30% d’amélioration par rapport à des cellules classiques. La Figure 2-26 montre

l’évolution des rendements record des principales filières photovoltaïques actuelles. On y

retrouve les différentes cellules au silicium monocristallin et poly-cristallin, les cellules au

silicium amorphe, les cellules en alliage de diSéléniure de Cuivre Indium Galium (noté

CIGS), au tellurure de cadmium (C

T

), mais aussi les cellules à base de composés III-V qui

appartiennent à la catégorie des cellules multi-jonctions. A côté des filières bien établies, sont

apparues de nouvelles filières, basées sur l’utilisation de colorants ou de matériaux

organiques, qui n’en sont qu’à leurs balbutiements.

Figure 2-26- Rendements record de cellules photovoltaïques obtenus en laboratoire. Source

NREL.

Dans chacun de ces domaines, nous avons montré les problèmes de chaque

filière et les voies de développement actuellement suivies. Par exemple, pour la filière

silicium cristallin, qui représente 90% du marché du photovoltaïque, la diminution des pertes

liée à la découpe des cellules est un grand challenge en soi qui est en plus assortie d’un

souhait en même temps de réduire l’épaisseur de chaque cellule pour économiser la matière

première. Cependant, le rendement de cette filière simple jonction est théoriquement limité à

29%. Pour trouver des cellules à haut rendement, on doit maintenant se tourner vers les

cellules multi-jonctions dont le développement a été motivé en priorité par les applications

spatiales. Toutefois, ces cellules sont encore trop chères pour concurrencer le marché

photovoltaïque terrestre mais certains pensent pouvoir réduire ce prix en utilisant des

concentrateurs solaires. A côté, on trouve actuellement une filière en pleine essor basée sur les

technologies « couche mince ». Le principe est de convertir le plus de photons possibles en

électricité en utilisant le moins de matériau réactif possible. L’intérêt de cette filière est la

réduction du coût de fabrication grâce à une réduction de matière première et à une méthode

d’intégration des cellules totale. Contrairement aux filières de silicium cristallins, cette

technologie ne nécessite ni de découpes ni de post-assemblage des cellules pour aboutir à un

module. Ici, les matériaux photovoltaïques sont directement déposés sur substrat par le biais

de plasma sous différents processus, ce qui permet de produire directement un module.

Dans notre parcours à travers les différentes filières photovoltaïques, nous nous

sommes attachés à développer des modèles électriques simplifiés de chaque type de cellule

photovoltaïque. Cette démarche permet de visualiser rapidement l’évolution des

caractéristiques électriques des cellules photovoltaïques en fonction de leur composition,

Figure 2-27. Ces données vont nous servir à alimenter les simulateurs de type circuit en ayant

un comportement des GPV le plus près possible de la réalité afin de pouvoir optimiser au

mieux les étages d’adaptation et la gestion nécessaires pour encore augmenter le rendement.

On peut conclure que, quel que soit le matériau photosensible utilisé, une cellule

photovoltaïque soumise à un ensoleillement est un générateur non linéaire de puissance. La

cellule élémentaire reste donc un générateur de faible puissance qui nécessite différentes

architectures d’associations et de gestion afin de répondre à nos besoins énergétiques. C’est

donc dans ce contexte que nous abordons dans les chapitres suivants les différentes chaînes de

conversion photovoltaïque susceptibles de valoriser la production électrique solaire.

Figure 2-27. Caractéristiques électriques simulées de cellules à simple jonction issues de

différentes filières photovoltaïques.

Bibliographie Chapitre 2

[1] American Society for Testing and Materials (ASTM) Terrestrial Reference Spectra for

Photovoltaic Performance Evaluation, ASTM G173-03 Tables: Extraterrestrial Spectrum,

Terrestrial Global 37 deg South Facing Tilt & Direct Normal + Circumsolar.

Disponible sur : http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/

[2] Riordan, C.; Hulstron, R.; «What is an air mass 1.5 spectrum? [solar cell performance

calculations] »; Photovoltaic Specialists Conference, 1990, Conference Record of the Twenty

First IEEE; 21-25 May 1990 Page(s):1085 - 1088 vol.2, Digital Object Identifier

10.1109/PVSC.1990.111784

[3] Edmond Becquerrel ; « Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des

rayons solaires » ; C.R. Acad. Sci., 9 :561-567, 1839.

[4] Emery, K.; Burdick, J.; Caiyem, Y.; Dunlavy, D.; Field, H.; Kroposki, B.; Moriarty, T.;

Ottoson, L.; Rummel, S.; Strand, T.; Wanlass, M.W.; Temperature dependence of

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