Article: Le silicium : L'élément essentiel des panneaux solaires modernes

20 juil. 2023Technologie

Le silicium : L'élément essentiel des panneaux solaires modernes

Dans notre quête pour une transition énergétique plus propre et durable, les panneaux solaires se sont imposés comme une solution incontournable. Au cœur de cette technologie se trouve un élément clé : le silicium. Vous avez peut-être entendu parler de son importance, mais qu’est-ce que le silicium exactement et pourquoi est-il si essentiel dans la fabrication des panneaux solaires modernes ? Dans cet article, nous allons explorer en détail cette question centrale.

Nous plongerons dans les détails de l’extraction, de la purification et de la transformation du silicium en cellules solaires 🌞. Nous examinerons également les avantages spécifiques du silicium, tels que son efficacité énergétique élevée, sa durabilité et son coût abordable, qui en font la norme dans l’industrie solaire.

Qu’est-ce que le silicium ?

Définition et caractéristiques du silicium

Le silicium est un élément chimique utilisé dans l’industrie des panneaux solaires en raison de ses propriétés uniques en tant que semi-conducteur. Il est largement répandu dans la nature 🌳, présent dans la croûte terrestre sous forme de silice, et il est extrait et purifié pour être utilisé dans la fabrication de cellules solaires.

Le silicium, dont le symbole Si, est un semi-conducteur cristallin de couleur gris foncé. Il est le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, après l’oxygène. Sa structure cristalline lui confère des propriétés électriques uniques, ce qui en fait le matériau de choix pour les applications photovoltaïques.

Abondance et disponibilité du silicium dans la nature

Le silicium est extrêmement abondant dans la nature, représentant environ 28% de la croûte terrestre. Il est principalement présent sous forme de silice (dioxyde de silicium), qui se trouve dans le sable, le quartz et divers minéraux. Cette abondance rend le silicium facilement accessible et économiquement viable pour l’industrie solaire.

Propriétés physiques et chimiques du silicium

Le silicium possède des propriétés physiques et chimiques qui le rendent idéal pour la conversion de l’énergie solaire en électricité. Il est un semi-conducteur, ce qui signifie qu’il est isolant à l’état pur. Cependant, en introduisant des impuretés spécifiques, on peut le rendre conducteur lorsqu’il est mis dans des conditions spécifiques d’excitation. Le silicium est également caractérisé par sa stabilité chimique, sa résistance à la corrosion et sa durabilité. Il peut supporter des températures élevées 🌡️ et des conditions environnementales variées, ce qui en fait un matériau fiable et adapté aux applications solaires à long terme.

Le silicium dans les panneaux solaires

Le silicium est le matériau de base utilisé dans la fabrication de la plupart des cellules solaires, également appelées cellules photovoltaïques. Qui sont ensuite assemblées en série/parallèle et encapsulées dans un matériau plastique protecteur pour former des panneaux solaires. Son utilisation dans cette industrie repose sur ses propriétés semi-conductrices et sa capacité à générer de l’électricité à partir de la lumière du soleil. ☀️

Fonctionnalisation du silicium utilisé dans les cellules solaires

Ces cellules photovoltaïques sont fabriquées à partir de tranches minces de silicium monocristallin ou polycristallin. Le silicium, nativement isolant, est rendu actif, et donc conducteur en présence du spectre lumineux du soleil, par un dopage sur les 2 faces de la cellule. L’une est dopée n (pour négatif) par l’ajout d’atomes de phosphore dans la structure cristalline du silicium, l’autre dopée p (pour positif) par l’ajout d’atomes de bore.

Les cellules solaires en silicium sont donc composées d’une plaquette fine (de l’ordre de 180 microns) de silicium monocristallin dont les 2 faces ont été dopées puis sur la partie supérieure est aussi déposée une couche antireflet afin de maximiser l’absorption de la lumière solaire.

Différence entre le silicium monocristallin, polycristallin et amorphe

Le silicium monocristallin est composé d’un seul cristal de silicium, ce qui lui confère une structure uniforme et une efficacité énergétique élevée. Il est obtenu en faisant fondre du silicium pur et en le faisant refroidir lentement pour former un seul cristal. Les cellules solaires en silicium monocristallin sont généralement plus chères, mais elles offrent un rendement plus élevé, ce qui les rend idéales pour les installations où l’espace est limité.

Le silicium polycristallin est constitué de plusieurs petits cristaux de silicium, ce qui lui confère une apparence chatoyante. Il est obtenu en faisant fondre du silicium pur avec des matériaux dopants, puis en le laissant refroidir rapidement, ainsi la productivité du process est plus élevée. Les cellules solaires en silicium polycristallin sont moins chères à produire que celles en silicium monocristallin, mais elles ont un rendement légèrement inférieur. La production de panneaux en silicium polycristallin devient de plus en plus marginale.

Le silicium amorphe est un matériau non cristallin qui n’a pas de structure régulière. Il est fabriqué en déposant du silicium sur un substrat à des températures relativement basses. Les cellules solaires en silicium amorphe sont flexibles et peuvent être utilisées dans des applications où la flexibilité et la légèreté sont importantes, mais elles ont un rendement moins élevé que les cellules en silicium cristallin.

Processus de fabrication des panneaux solaires en silicium

Étape 1 : Extraction et purification du silicium

Le silicium est extrait de la silice présente dans le sable ⏳ ou le quartz. Il subit ensuite un processus de purification pour éliminer les impuretés et obtenir du silicium de haute pureté nécessaire à la fabrication des cellules solaires.

Étape 2 : Formation des lingots de silicium

Le silicium est purifié, généralement par procédé chimique. Ce silicium purifié est ensuite fondu à des températures supérieures à 1400C. 🥵

Dans le cas du process de fabrication de cellules à base de silicium polycristallin, le silicium en fusion est coulé dans des moules pour former de grands blocs parllélépipédiques qui seront découpés en blocs plus petits appelés lingots.

Dans le cas du process de fabrication de cellules à base de silicium monocristallin (le plus fréquent), du bain de silicium en fusion est tiré un monocristal de silicium sous la forme d’un barreau de section circulaire et de diamètre de l’ordre d’un vingtaine de centimètres. Une fois refroidis, ces gros barreaux sont aussi coupés en lingots de forme parallélépipédique.

Étape 3 : Découpe des lingots en tranches minces (wafers)

Les lingots sont ensuite découpés en tranches minces, appelées wafers, d’environ 180 à 200 micromètres d’épaisseur à l’aide d’un fil diamanté.

Étape 4 : Fonctionnalisation des wafers des siliciums en cellules photovoltaïques

Les wafers sont texturés par traitement chimique pour que la surface accroche la lumière. Ils sont ensuite traités avec des dopants pour créer une jonction p-n. C’est à cette étape que l’on obtient une cellule photovoltaïque en mesure de délivrer un courant quand on l’expose à la lumière du soleil. ☀️

Étape 5 : Assemblage des cellules solaires et fabrication des panneaux

Les cellules solaires sont assemblées en série et parallèle pour former rubans de cellules, qui sont ensuite encapsulés dans des matériaux protecteurs tels que l’éthylène-vinyle-acétate (EVA) et le verre pour les protéger contre les agressions mécaniques ou chimiques.

Un boitier avec un composant électronique appelé diode, qui empêche le courant de circuler en sens inverse dans le panneau, est ajouté ainsi que des câbles et connecteurs. On est alors en présence d’un panneau solaire.

Les avantages du silicium dans les panneaux solaires

Le silicium présente de nombreux avantages pour la fabrication des panneaux solaires, ce qui en fait un choix privilégié pour la conversion de l’énergie solaire en électricité. ⚡️

Efficacité énergétique

Rendement élevé des cellules solaires en silicium : Les cellules solaires en silicium offrent un rendement élevé dans la conversion de l’énergie solaire en électricité. Elles sont capables de capturer et de convertir une grande quantité de lumière solaire en raison des propriétés électriques du silicium et de l’adaptation du caractère semi-conducteur du silicium à la bande de fréquences du spectre solaire.

Vous voulez savoir à quel point l’énergie solaire est une ressource inépuisable ? Laissez vous tenter par la lecture de notre article sur le sujet.

Améliorations récentes dans la technologie du silicium : Des avancées constantes sont réalisées dans le domaine de la technologie du silicium, ce qui permet d’améliorer l’efficacité des cellules solaires. Des techniques telles que le dopage sélectif, les contacts passivés arrière et les structures de cellules plus sophistiquées contribuent à augmenter le rendement global des panneaux solaires en silicium. Les cellules actuellement commercialisées permettent des rendements de l’odre de 21% alors que le rendement maximal théorique pour le matériau silicium est de 28%. (pour une irradiation solaire de 1000Wm² en plein midi, un panneau solaire peut donc en récolter jusqu’à 210W/m².) En valeur d’orientation, on peut se dire qu’un panneau solaire actuel, c’est une puissance crête en conditions standard de laboratoire de 400W sur une surface de l’ordre de 2m²).

Durabilité et fiabilité

Longue durée de vie des panneaux solaires en silicium : Les panneaux solaires en silicium sont réputés pour leur durabilité à long terme. Ils peuvent fonctionner efficacement pendant plusieurs décennies avec un entretien minimal. Cela en fait un investissement rentable et durable pour la production d’énergie solaire.

Résistance aux intempéries et aux conditions environnementales : Le silicium est un matériau stable et résistant. Les panneaux solaires en silicium sont conçus pour résister aux conditions environnementales difficiles, y compris les variations de température, les vents forts, les intempéries, la gèle et la corrosion. Ils sont souvent certifiés pour leur résistance aux conditions climatiques extrêmes.

Coût et accessibilité

Disponibilité abondante du silicium : Le silicium est l’un des matériaux les plus abondants sur Terre 🌍. Sa disponibilité à grande échelle en fait un choix économiquement viable et environnementalement soutenable pour la fabrication de panneaux solaires. La demande croissante d’énergie solaire a également conduit à une augmentation de la production de silicium, ce qui a contribué à une baisse des coûts.

Réduction des coûts de fabrication et d’installation : Au fil des années, les coûts de fabrication des panneaux solaires en silicium ont considérablement diminué grâce aux avancées technologiques et à l’optimisation des processus de production. Cela a rendu l’énergie solaire plus accessible et compétitive par rapport aux autres sources d’énergie.

En conclusion, le silicium est un matériau essentiel utilisé dans l’industrie des panneaux solaires en raison de ses propriétés uniques en tant que semi-conducteur. Il offre une efficacité énergétique élevée, une durabilité à long terme et une disponibilité abondante, ce qui en fait un choix idéal pour la production d’énergie solaire.

Dans le contexte des panneaux solaires de qualité d’Oscaro Power, le silicium joue un rôle clé dans la fabrication de leurs produits haut de gamme. En utilisant du silicium de haute qualité et en mettant l’accent sur l’innovation technologique, Oscaro Power sélectionne des panneaux solaires fiables, performants et durables.

En investissant dans des panneaux solaires de qualité comme ceux proposés chez Oscaro Power, les utilisateurs peuvent profiter des avantages du silicium, notamment une efficacité énergétique élevée, une durabilité à long terme et une contribution positive à l’environnement. Ces panneaux solaires constituent une solution écoresponsable pour une production d’énergie plus verte et durable.

En somme, le silicium et les panneaux solaires de qualité d’Oscaro Power sont une combinaison gagnante pour ceux qui cherchent à exploiter l’énergie solaire de manière efficace, fiable et respectueuse de l’environnement. C’est grâce à des avancées constantes dans l’industrie solaire et à des solutions innovantes comme celles proposées par Oscaro Power que nous pouvons envisager un avenir plus durable et énergétiquement responsable.

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