Le silicium amorphe est la première technologie à couche mince. La dénomination vient de l'épaisseur des modules, 100 à 500 fois plus fins que les cellules au silicium cristallin. De ce fait, les couches minces sont souples. Elles s'enroulent et se déroulent comme des duvets. Ce qui facilite l'installation.
Copyrigth Unisolar
Les rendements des technologies au silicium amorphe varient de 5 à 13 %. Ils représentent environ 9 % du marché mondial en 2009. Mais leur tendance est à la croissance grâce à leur faible coût : jusqu'à 1 EUR/W. Enfin, le plus grand atout de la filière c'est que, pour une même puissance installée, les modules amorphes produisent plus d'énergie que les panneaux cristallins.
Aujourd'hui, différentes technologies à base de silicium amorphe sont présentes sur le marché : simple jonction, double jonction ou tandem, multi-jonction et micromorphe.
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La principale différence entre silicium amorphe et cristallin se trouve au niveau de la structure du matériau. Tandis que les atomes de silicium sont très organisés au sein de la cellule cristalline, formant un réseau homogène, ceux de la cellule amorphe sont disposés d'une manière aléatoire dans la structure, formant un réseau hétérogène ou désordonné. Cela explique l'aspect vitreux de ces panneaux, ainsi que leurs différentes propriétés optiques par rapport aux cellules cristallines.
I. Développement de la filière
Le premier module au silicium amorphe déposé a été réalisé en 1969 par Chittick, Alexander et Sterling. Ces cellules avaient un rendement limité à 1 ou 2 %. Mais, dès 1976, Carlson et Wronski ont mis au point des modules amorphes avec un taux de conversion de 5 %. Par contre, pour la technologie de type « multi-jonction » il a fallu attendre 1992, avec les premiers prototypes de Dawson.
Depuis de nombreuses années, ils sont utilisés dans les montres et calculatrices. Toutefois, jusqu'à très récemment, la technologie a connu des freins qui ont empêché son développement à plus large échelle (centrales au sol, ou intégration au bâti). Aujourd'hui, elle est beaucoup utilisée sur des grands toits et terrasses de bâtiments industriels, car, en plus de sont coût réduit, la pose est facile et se fait sur des supports horizontaux.
II. Procédé de fabrication
À l'opposé de la filière cristalline, pour fabriquer les panneaux amorphes, ce n'est plus le silicium purifié qui sera employé mais un gaz : le silane (SiH4). En tout, le processus ne comporte que 13 étapes.
Pour produire les fines couches de la structure, le silane est introduit dans une enceinte sous-vide. Il est décomposé en atomes d'hydrogène et de silicium, après passage sous une torche à plasma (une flamme pouvant brûler jusqu'à 8000 °C). Puis les atomes, ou groupement d'atomes, viennent se déposer sur un support (verre, métal, plastique). Toutes les couches ainsi formées sont de nature souple. Par conséquent, la souplesse du panneau dépend du support. Si les couches amorphes sont formées sur un support flexible (métal ou plastique à haute température), le panneau le sera aussi.
La technique possède un grand avantage : elle permet d'empiler plusieurs couches les unes après les autres et, en changeant la quantité et le type de gaz, de légèrement modifier les propriétés optiques de la cellule photovoltaïque. Les fabricants vont donc jongler avec ces couches pour produire différentes technologies de panneaux au silicium couches minces, chacune avec des caractéristiques et usages bien précis.
III. Marché
Alors que le silicum couche mince répresentait 9 % du marché mondial en 2001, il ne comptait plus que pour 5 % de la puissance installée en 2008. Cela est dû à la mise en concurrence avec d'autres technologies couches minces, comme le CdTe ou le CIGS.
Quant aux constructeurs nous pouvons citer : les japonais Sharp et Kaneka, les allemands Inventux et Schott Solar, les américains Unisolar et XsunX. Mais aussi des fabricants français, comme Solems, FreeEnergy ou Solsia (début d'activité prévu pour 2011).
IV. Avantages
Faible épaisseur : 0,5 à 0,2 micro-mètres
Grands panneaux
Pose facile
Fabrication moins énergivore
Fonctionnement même avec des nuages
Meilleure résistance à la température
Plus d'énergie pour une même puissance installée
Attention : pour une même puissance installée en amorphe et en cristallin, la première installation occupera beaucoup plus de place.
Moins cher que le silicium cristallin, entre 1 et 2 EUR/W
V. Inconvénients
Faibles rendements : 5 à 11 %
Perte de rendement pendant les premiers mois de fonctionnement Les couches minces, en général, souffrent d'un phénomène appelé la « stabilisation sous lumière ».
Une vie courte : 10 ans
Pas très écolo
Les process industriels ne sont pas encore bien maîtrisés
Alors que la filière cristalline se développe depuis plus d'un demi-siècle, l'industrie amorphe n'a qu'une trentaine d'années à peine.
Le panneau
Silicium monocristallin (SM)
Silicium polycristallin (SP)
Silicium amorphe (SA)
Technologies à base de SA
CdTe
CIS / CGIS
Utilisations
Système raccordé au réseau
Système autonome
Copyrigth Unisolar
Les rendements des technologies au silicium amorphe varient de 5 à 13 %. Ils représentent environ 9 % du marché mondial en 2009. Mais leur tendance est à la croissance grâce à leur faible coût : jusqu'à 1 EUR/W. Enfin, le plus grand atout de la filière c'est que, pour une même puissance installée, les modules amorphes produisent plus d'énergie que les panneaux cristallins.
Aujourd'hui, différentes technologies à base de silicium amorphe sont présentes sur le marché : simple jonction, double jonction ou tandem, multi-jonction et micromorphe.
Depuis de nombreuses années, ils sont utilisés dans les montres et calculatrices. Toutefois, jusqu'à très récemment, la technologie a connu des freins qui ont empêché son développement à plus large échelle (centrales au sol, ou intégration au bâti). Aujourd'hui, elle est beaucoup utilisée sur des grands toits et terrasses de bâtiments industriels, car, en plus de sont coût réduit, la pose est facile et se fait sur des supports horizontaux.
Pour produire les fines couches de la structure, le silane est introduit dans une enceinte sous-vide. Il est décomposé en atomes d'hydrogène et de silicium, après passage sous une torche à plasma (une flamme pouvant brûler jusqu'à 8000 °C). Puis les atomes, ou groupement d'atomes, viennent se déposer sur un support (verre, métal, plastique). Toutes les couches ainsi formées sont de nature souple. Par conséquent, la souplesse du panneau dépend du support. Si les couches amorphes sont formées sur un support flexible (métal ou plastique à haute température), le panneau le sera aussi.
La technique possède un grand avantage : elle permet d'empiler plusieurs couches les unes après les autres et, en changeant la quantité et le type de gaz, de légèrement modifier les propriétés optiques de la cellule photovoltaïque. Les fabricants vont donc jongler avec ces couches pour produire différentes technologies de panneaux au silicium couches minces, chacune avec des caractéristiques et usages bien précis.
Quant aux constructeurs nous pouvons citer : les japonais Sharp et Kaneka, les allemands Inventux et Schott Solar, les américains Unisolar et XsunX. Mais aussi des fabricants français, comme Solems, FreeEnergy ou Solsia (début d'activité prévu pour 2011).
Attention : pour une même puissance installée en amorphe et en cristallin, la première installation occupera beaucoup plus de place.
Les couches minces, en général, souffrent d'un phénomène appelé la « stabilisation sous lumière ».
Alors que la filière cristalline se développe depuis plus d'un demi-siècle, l'industrie amorphe n'a qu'une trentaine d'années à peine.