Les dirigeants européens se sont engagés, en mars 2007, à fixer à 20 % la part des sources d’énergies renouvelables dans la consommation d’ici 2020. Si certaines conditions sont réunies, les renouvelables ( dont la part est aujourd’hui de 8,5 %) comme le solaire pourraient bien contribuer à 20 % minimum du bouquet énergétique européen d’ici une dizaine d’années.
ALCIMED, une société de conseil et d’aide à la décision spécialisée dans les sciences de la vie (santé, biotech, agroalimentaire), la chimie, les matériaux et l’énergie ainsi que dans les industries de hautes technologies, a récemment étudié de manière très approfondie le cas d’une cleantech, le photovoltaïque.
Selon cette étude, l’industrie photovoltaïque incarne un levier exceptionnel dans le domaine des cleantechs. En effet, son potentiel de développement repose principalement sur deux technologies à base aujourd’hui de silicium : le silicium cristallin et le silicium amorphe.
Le silicium cristallin, technologie établie et aujourd’hui mature, domine très largement avec près de 90 % de parts de marché, et le silicium amorphe dispose d’avantages significatifs pouvant en faire un puissant relais de croissance pour le photovoltaïque.
La principale différence entre ces deux technologies réside dans la structuration des cellules photovoltaïques, et donc dans les procédés de fabrication :
- Les cellules photovoltaïques à base de silicium cristallin sont composées de couches de silicium ordonné, ce qui requiert un procédé lourd et coûteux,
- Les couches de silicium amorphe, quant à elles, révèlent une structure désordonnée. En raison d’un coefficient d’absorption de la lumière du spectre solaire nettement supérieur, l’épaisseur de la couche de silicium amorphe est considérablement réduite : il est déposé en «couche mince», une épaisseur 300 à 400 fois moindre que celle d’une cellule à base de silicium cristallin.
Par ailleurs, le procédé de fabrication des cellules à base de silicium amorphe possède le triple avantage d’être moins complexe, moins énergivore et de consommer nettement moins de matières premières que le procédé de purification multi-étapes de production des cellules en silicium cristallin.
Mais alors, pourquoi le cristallin prédomine-t-il ?
Selon Christian Oeser, consultant au sein de l’activité Energie d’ALCIMED : «Les systèmes photovoltaïques à base de silicium cristallin atteignent des rendements d’environ 15 %, une valeur à diviser par deux pour le silicium amorphe».
La domination du cristallin s’explique tout d’abord par l’historique du photovoltaïque. En effet, le développement du photovoltaïque dans les années 1960 s’est appuyé sur celui de l’industrie des semi-conducteurs (qui nécessite du silicium cristallin ultra pur), alors que les techniques de production de couches minces n’étaient que très peu connues.
Jusqu’à la révélation assez récente du photovoltaïque, le silicium utilisé pour les cellules était ainsi en majorité issu des rebuts de l’électronique. Les cellules à base de silicium cristallin ont progressivement gagné en rendement au fur et à mesure de leur développement, la filière plus récente de l’amorphe n’ayant pas encore connu une telle courbe d’apprentissage et de développement.
- Les couches minces sont encore majoritairement utilisées dans des applications de petite puissance comme des calculatrices ou des montres.
Toutefois, si la surface des couches minces est augmentée, le déficit de rendement du silicium amorphe pourrait être comblé. De plus, sa filière devient compétitive dans les cas où de grands espaces sont disponibles.
Selon Christian Oeser : «Pour une capacité installée donnée, la surface requise en couches minces est proche du double de celle d’un système à base de silicium cristallin. Cependant, grâce aux coûts de production nettement moins élevés, la solution couche mince ne coûte pas plus cher».
- Les toitures industrielles représentent un exemple d’application particulièrement pertinente pour le silicium amorphe.
Différents projets sont élaborés tels que l’installation de 10 000m2 de couches minces sur le toit d’une plateforme logistique à Sénart en Seine-et-Marne.
La légèreté des couches minces permet d’éviter l’installation d’une structure supplémentaire de renforcement du toit, indispensable au soutien des modules cadrés en silicium cristallin. Les couches minces sont ainsi livrées en rouleaux et collées directement sur le toit.
Enfin, un dernier argument favorable à l’amorphe pour les toitures industrielles, les couches minces sont moins sensibles à une occultation partielle de la surface ou à des températures externes élevées que le silicium cristallin.
Les couches minces à base de silicium amorphe incarnent donc une technologie photovoltaïque à fort potentiel. N’oublions pas toutefois les autres filières en développement, peu connues comme les couches minces à base de tellure de cadmium ou de matériaux organiques.
«Dans un contexte de soutien politique marqué, nul doute que l’industrie en pleine croissance de l’énergie photovoltaïque connaîtra une montée en puissance des couches minces en silicium amorphe. On peut d’ailleurs estimer que ses parts de marché dans le photovoltaïque, actuellement d’environ 5 %, vont au moins doubler d’ici 2020 », résume Vanessa Godefroy, responsable de l’activité Energie d’ALCIMED.
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Article rédigé par Elwina, décembre 2008
