Le Magazine n°2 aoû/sep 2011
Le Magazine n°2 aoû/sep 2011
  • Prix facial : 5,90 €

  • Parution : n°2 de aoû/sep 2011

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Lafont Presse

  • Format : (210 x 270) mm

  • Nombre de pages : 84

  • Taille du fichier PDF : 58,3 Mo

  • Dans ce numéro : DSK candidat ?

  • Prix de vente (PDF) : 1 €

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PHOTOSIL a d'ores et déj à permis d'obteni r des résultats très prometteurs. Une étape impot1ante a été franchie début 2008 avec la vali ­ dation des différentes étapes de ce procédé dont l'étape dite « pl asma > sur des lots de plus de 50 kg de silicium.• Les temps de purification du minerai de sili ­ cium ont été di visés par deux (l e temps nécessaire pour éliminer le bore dans le si li cium en fusion est ainsi passé à moins de 3 heures). Ce gain de temps est un élément essentiel en termes de productivité du four et, par là, de viabi lité économique du procédé.• Les niveaux de purification atteints sont sati s­ faisants avec des concentrations résiduelles en 50 - Le Magazine bore avoisinant 1ppmw.• Les objectifs de prix de revient sont remplis puisque potentiellement les lingots de silicium issus de ce procédé coûtent envi ron deux fois moins cher que ceux de qualité électronique.• Le silic ium obtenu grâce a u procédé Photosil est parfaitement adapté au photovoltaïque avec des rendements de conversion de plus de 15% obtenus fin 2008 sur ce matéri au (l a cible pour être viable économiquement est un rendement de 14%). Ce résultat est exceptionnel et place l'IN ES en position de leader dans les nouvell es méthodes de purificati on, d'autant que le procédé reste unique. La technologie de purification PHO­ TOSIL devrait permettre de faire baisser les coûts des systèmes photovoltaïques d'environ 25%. Ell e devrait être très prochainement industrialisée. Les chercheurs du CEA poursuivent en parall èle des études pl us amont par rapport a u procédé PHOTOS IL afin d'examiner en déta il les mécani smes de ségrégati on des impuretés et d'améliorer la cro issance cri s­ talline du silicium pour obtenir une morphologie optimale. Ces travaux sont menés dans des fours de laboratoire. Petit éclairage sur l'effet photovoltaïque LE PRINCIPE Les photons, grains de lumière, pénètrent la cellule photovoltaïque et arrachent des électrons aux atomes de silicium du matériau qui la compose. Ainsi libérés, ces électrons sont orientés par un champ électrique interne, et leur mouvement génère un courant électrique. LA CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE Élaborée à partir de silicium à l'état cristallin, matériau semi-conducteur, la cellule est épaisse d'une fraction de millimètres (0,2 à 0,3). Elle se compose de cinq couches : une couche antireflet deux couches de conduction électrique jouant le rôle d'anode et de cathode de part et d'autre du silicium ; deux couches de silicium dopées pour générer le champ électrique interne. LE DOPAGE DE LA CELLULE Le dopage des cristaux de silicium consiste à leur ajouter d'autres atomes pour améliorer la conductivité du matériau. Un atome de silicium compte 4 électrons périphériques. L'une des couches de la cellule est dopée avec des atomes de phosphore qui, eux, comptent 5 électrons (soit 1 de plus que le silicium). On parle de dopage de type n comme négatif, car les électrons (de charge négative) sont excédentaires. L'autre couche est dopée avec des atomes de bore qui ont 3 électrons (1 de moins que le silicium). On parle de dopage de type p comme positif en raison du déficit d'électrons ainsi créé. LA CELLULE, LA NUIT La couche n est donc excédentaire en électrons par rapport à la couche p qui, elle, est déficitaire (ce qui induit des trous dans l'orbite électronique de ses atomes). Le contact entre les deux couches, la jonction, crée un champ électrique qui impose aux électrons de se déplacer vers la couche p.Dans la zone de jonction, sur une courte distance, les électrons de la couche n vont combler les trOlL'ide la couche Jl. LA CELLULE, LE.JOUR En traversant la cellule photovoltaïque, les photons arrachent des électrons am : atomes de silicium des deux couches n et p.Les électrons libérés se déplacent alors dans toutes les directions. Lorsqu'ils approchent de la zone de jonction, leur mouvement est fortement soumis au champ électrique interne qui va les catapulter vers l'anode. En appliquant un contact électrique sur ces électrodes conductrices, les électrons de la couche n vont rejoindre les trous de la couche p.Puis les électrons empruntent un circuit pour retourner à la couchen. Ce déplacement d'électrons n'est autre que de l'électricité. LESYSTIME PHOTOVOlTAÏQUE PllL'iil y a de photons qui traversent la cellule, plus la quantité d'électricité produite est importante. De plus, les cellules sont connectées entre elles en modules photovoltaïques, lesquels sont couplés à un régulateur, à un récepteur de courant et à des battedes. Ces dernières pern1ettent de fournir, la nuit, de l'électricité qu'elles ont stockée pendant la journée. (Source : CEAIINES)
i 1 ci 0 Réduire les couts au maximum A défaut d'être en mesure de produire d'ores et déjà une cellule photovoltaïque à très haut rendement et à très faible coût, les chercheurs travaillent en parallèle sur plusieurs voies qui tendent à prioriser l'un ou l'autre de ces deux critères. D'un côté, la priorité peut être donnée au rendement, avec des coûts relati vement importants ; à l'extrême opposé, il est possible de concevoir des cellules photovolta:iques à très faible coût et très soupl es d'utilisation, quitte à obtenir des rendements plus fa ibles. Il est enfin possible de développer une gamm e médi ane qui réponde de manière acceptable aux deux critères. Le facteur temps intervient également : certaines technologies offrent des durées de vie pouvant aller jusqu'à 35 ans ; d'autres ty pes de cellules PV, beaucoup moins onéreuses, sont également beaucoup plus éphémères. Le CEA mène de front différentes voies de recherche qui jouent sur ces di vers paramètres et peuvent déboucher sur des solutions compl émentaires. L'essentiel des efforts de recherche porte sur la filière silicium, reine du photovolta:ique et source d'innovations : les rendements moyens de conversion des modul es commerciaux continuent ainsi d'augmenter à raison de 1% tous les deux à trois ans. Le Magazine - 51



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