Les cellules solaires double face collectent la lumière à l'avant et à l'arrière. Imec a récemment développé une cellule de ce type qui génère jusqu'à 25 % d'énergie en plus qu'une cellule unilatérale. Si les parcs solaires industriels utilisaient de tels panneaux, leur production annuelle d'électricité pourrait augmenter jusqu'à 15 %.
Actuellement, généralement, un seul côté des cellules solaires est utilisé pour générer de l'électricité, bien sûr le côté qui fait face au soleil. Mais la lumière tombe aussi sur le dos, surtout la lumière diffuse et la lumière réfléchie par le sol ou les nuages. Vous vous demandez peut-être pourquoi ce côté est fermé, au lieu de l'utiliser comme source d'électricité supplémentaire.
"L'idée de fabriquer des cellules à deux faces n'est pas nouvelle", explique Jozef Szlufcik, directeur de la division des cellules solaires à l'imec. « Cela a déjà été essayé il y a plus de vingt ans. Mais l'efficacité maximale à l'avant des cellules solaires à deux faces est légèrement inférieure à celle des cellules à une face comparables. Si vous laissez l'arrière des modules ouvert, un peu de lumière s'en échappe, la lumière avec une plus grande longueur d'onde."
"En conséquence, l'efficacité maximale de la cellule mesurée à l'avant et exprimée en Watt crête est légèrement inférieure à celle des cellules unilatérales optimisées comparables. Et parce que l'efficacité maximale d'une cellule solaire a toujours été l'argument de vente le plus important, le Le succès des cellules solaires à deux faces n'a pas été atteint. Achèteriez-vous des cellules solaires avec des performances de pointe inférieures maintenant ?"
Mais maintenant, de plus en plus de parcs solaires à grande échelle sont mis en service. Lorsqu'un exploitant d'un tel parc sélectionne des panneaux solaires, il prend en compte beaucoup plus de paramètres que la seule performance de pointe. Ce qui compte pour eux, c'est la production moyenne par an, pas le pic maximum par jour ensoleillé.
Jozef Szlufcik :« Les énergéticiens recherchent désormais des installations qui fonctionnent bien dans toutes les conditions météorologiques, y compris en cas d'incidence sous-optimale de la lumière due aux nuages, à des températures plus basses, en période de neige… Cela a encore accru l'intérêt pour des technologies telles que les cellules solaires à deux faces."
La plupart des cellules solaires sont maintenant fermées à l'arrière avec une électrode métallique réfléchissante. Mais pour fabriquer une bonne cellule solaire à deux faces, il faut faire plus que retirer l'arrière.
Jozef Szlufcik :« Il y a des conducteurs à l'avant et à l'arrière d'une cellule solaire qui « collectent » l'électricité de la cellule. Dans une cellule à deux côtés, ces conducteurs doivent être aussi fins que possible des deux côtés. On utilise donc des contacts dits doigts, étroits et fins - moins de 15 micromètres de large et environ 2 micromètres d'épaisseur - recouverts d'une couche de nickel et d'argent."
Mais la cellule solaire elle-même doit aussi Dans une cellule classique, la jonction dite pn est traditionnellement proche du front Cette transition est l'interface entre les deux zones de polarité où les porteurs d'énergie générés par les photons incidents sont séparés et collectés. de l'arrière d'une cellule à deux côtés doivent donc parcourir un chemin plus long à travers le matériau avant d'atteindre la jonction pn, mais en cours de route, ils peuvent se recombiner et leur énergie est alors perdue. "Cet effet peut être contré avec la plus haute qualité matériaux, avec une longueur de diffusion moyenne plus élevée », explique Szlufcik. « Les vecteurs d'énergie voyagent alors plus longtemps à travers le matériau sans se recombiner. La meilleure bifacialité que nous ayons obtenue jusqu'à présent avec ces techniques est de 99,5 %, ce qui signifie que l'arrière est presque aussi bon que l'avant."
Imec a créé de nouvelles cellules solaires à deux faces en utilisant ces techniques. Ils ont une efficacité maximale unilatérale de 22,4 %, mais même avec une réflexion de fond moyenne, ils fonctionnent aussi bien que les cellules unilatérales de 26 %.
Il n'y aura jamais beaucoup de lumière directe du soleil à l'arrière des panneaux solaires. Mais il y a beaucoup de lumière réfléchie par l'environnement :du sol, d'autres bâtiments et même des nuages. Plus il y a de surfaces réfléchissantes dans l'environnement (c'est-à-dire un albédo plus élevé), mieux c'est. Il est donc préférable pour les exploitants de parcs solaires d'installer les panneaux sur du béton blanc ou de la pierre blanche plutôt que sur un matériau gris foncé. Mais même l'herbe réfléchit jusqu'à 15 % de la lumière. Il est également préférable d'appliquer un revêtement de toit réfléchissant lors d'une installation sur un toit plat.
"Mais vous pouvez également installer des panneaux solaires à deux côtés verticalement, au lieu d'orienter un côté vers le soleil", explique Jozef Szlufcik. « Pensez à une installation dans le désert :là, des cellules à deux faces profitent énormément des reflets très puissants. Placer les panneaux à la verticale évite également la formation d'une couche de sable et de poussière sur la face avant des modules. Les zones avec beaucoup de neige pendant une grande partie de l'année bénéficient également de cellules solaires verticales à deux faces :il y a beaucoup de réflexion et la neige ne recouvre pas les panneaux. Une autre possibilité d'application est une disposition est-ouest des panneaux, ce qui rend la production d'électricité plus uniforme pendant la journée qu'avec une disposition nord-sud. Et enfin, les panneaux verticaux peuvent également servir d'éléments de construction, par exemple dans les balcons."
Jozef Szlufcik :« Afin de calculer avec plus de précision les avantages en termes de performances des cellules solaires à deux faces, les sociétés énergétiques développent actuellement des modèles sophistiqués. Avec cela, ils prédisent le gain énergétique au niveau d'un seul module biface, d'un groupe de modules et même de parcs solaires complets."
Un tel modèle prend en compte tous les paramètres pertinents et calcule ensuite la contribution de chacun. Il en résulte alors le mix optimal qui garantit le meilleur rendement énergétique au moindre coût. Par exemple, le rendement des modules est plus important s'ils sont plus éloignés les uns des autres et il y a donc moins d'ombres. Mais alors les coûts immobiliers par module augmentent, ce qui à son tour augmente le coût de l'électricité. Il s'agit donc de déterminer la distance optimale.
« Les modèles de calcul montrent qu'un parc solaire avec des cellules à deux faces peut générer jusqu'à 15 % d'énergie supplémentaire en moyenne », conclut Szlufcik. "C'est particulièrement prometteur pour les projets à grande échelle."
