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Cellules solaires : Classification et générations
L'univers des cellules solaires est vaste et complexe. Depuis la découverte de l'effet photovoltaïque, de nombreuses technologies de fabrication ont été développées et les concepts de production existants constamment améliorés.
Cet article donne un aperçu des différentes générations de cellules solaires et explique la différence entre les cellules de type P et de type N.
Les quatre générations de cellules solaires
En science, les technologies de cellules solaires sont classées en quatre générations successives :
1re génération : Cellules au silicium cristallin
| Technologie | Rendement max. (laboratoire) | Maturité marché |
|---|---|---|
| Monocristallin | 26–27 % | Établi |
| Polycristallin | 22–23 % | Établi |
- Technologie la plus ancienne et la plus répandue
- 97 % de part de marché de la production mondiale de cellules (2023)
- Technique éprouvée avec longue durée de vie
2e génération : Cellules à couche mince
| Technologie | Rendement max. (laboratoire) | Particularité |
|---|---|---|
| Silicium amorphe (a-Si) | 13–14 % | Flexible, économique |
| Tellurure de cadmium (CdTe) | 22–23 % | Fabrication économique |
| CIGS | 22–23 % | Flexible, fin |
- Cellules nettement plus fines (quelques micromètres)
- Consommation de matériaux réduite
- Applications plus flexibles possibles
3e génération : Technologies émergentes
| Technologie | Rendement max. (laboratoire) | Statut |
|---|---|---|
| Pérovskite | 25–26 % | Recherche |
| Cellules organiques (OPV) | 18–19 % | Recherche |
| Cellules tandem | 45 % | Laboratoire |
- Potentiel d'efficacité le plus élevé
- Pas encore pleinement commercialisées
- Recherche intensive dans le monde entier
4e génération : Technologies hybrides
| Technologie | Rendement max. (laboratoire) | Particularité |
|---|---|---|
| Cellules au graphène | ~26 % | Combine plusieurs procédés |
- Réunit les avantages de différentes générations
- Encore en phase de développement précoce
Cellules solaires Type P vs Type N
Outre la technologie, les cellules solaires peuvent également se distinguer par leur type de construction :
Que signifient P et N ?
Les lettres se réfèrent au dopage du matériau de base :
| Type | Dopage | Porteurs de charge principaux | Matériau de base |
|---|---|---|---|
| Type P | Dopé P (ex. bore) | « Trous » (déficit d'électrons) | Couche P plus épaisse |
| Type N | Dopé N (ex. phosphore) | Électrons (excédent) | Couche N plus épaisse |
Cellules solaires Type P
Avantages :
- Procédés de fabrication établis
- Fabrication moins coûteuse
- Large disponibilité
Inconvénients :
- Dégradation induite par la lumière (LID)
- Rendement inférieur
- Plus sensible à la température
Cellules solaires Type N
Avantages :
- Rendement supérieur
- Dégradation moindre
- Meilleur comportement en faible luminosité
- Durée de vie plus longue
Inconvénients :
- Fabrication plus complexe
- Coûts plus élevés
- Pénétration du marché plus faible (encore)
Tendance : Les cellules de type N gagnent de plus en plus de parts de marché. L'efficacité supérieure justifie le surcoût, surtout quand la surface de toit est limitée.
Rendements comparés
| Technologie | Laboratoire | Commercial | Tendance |
|---|---|---|---|
| Monocristallin (Type P) | 26 % | 20–22 % | Stable |
| Monocristallin (Type N) | 27 % | 22–24 % | ↑ En hausse |
| Polycristallin | 23 % | 17–19 % | ↓ En baisse |
| PERC | 24 % | 21–23 % | Stable |
| TOPCon | 26 % | 22–24 % | ↑ Forte hausse |
| HIT/SHJ | 27 % | 22–24 % | ↑ En hausse |
| CdTe | 22 % | 17–19 % | Stable |
| CIGS | 23 % | 15–18 % | Stable |
| Pérovskite | 26 % | - | Recherche |
| Tandem | 45 % | - | Recherche |
Quelle technologie pour quelle application ?
| Application | Technologie recommandée | Raison |
|---|---|---|
| Toit résidentiel | Mono Type N (TOPCon/HJT) | Rendement max. sur surface limitée |
| Grande surface au sol | Mono Type P, CdTe | Rapport coût-efficacité |
| Centrale de balcon | Mono Type P (PERC) | Rapport qualité-prix |
| Façade/BIPV | Couche mince, Pérovskite | Flexibilité, esthétique |
| Applications mobiles | Couche mince, OPV | Léger, flexible |
Évolution du marché
Le secteur solaire connaît une croissance rapide :
- 2009 → 2024 : Nombre d'installations PV en Allemagne multiplié par cinq
- 2023 : 52 250 GWh d'électricité solaire produite en Allemagne
- Part du mix électrique : env. 12 % (2023)
Tendances technologiques
- Le type N dépasse le type P : Les cellules TOPCon et HJT gagnent des parts de marché
- Modules bifaciaux : Peuvent utiliser la lumière des deux côtés
- Wafers plus grands : 182 mm et 210 mm deviennent le standard
- Tandem pérovskite : Gains d'efficacité les plus élevés attendus
Conclusion
Résumé: Les cellules au silicium cristallin dominent avec 97 % du marché. La tendance va du type P vers les cellules de type N avec un rendement supérieur. Les technologies couche mince ont des applications de niche, tandis que les cellules pérovskite et tandem offrent le potentiel d'avenir le plus élevé. Pour les propriétaires, les modules monocristallins de type N (TOPCon/HJT) sont le meilleur choix pour un rendement maximal.
Suite : Dans l'article suivant Cellules solaires au silicium cristallin en détail, découvrez tout sur les cellules AL-BSF, PERC, TOPCon et HIT.
Sources
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Photovoltaic Cell Generations and Current Research Directions. Materials 2022
- ITRPV : International Technology Roadmap for Photovoltaic
- Fraunhofer ISE : Photovoltaics Report