Bilan

En Suisse, des chercheurs donnent des ailes au photovoltaïque

Mis au point à Neuchâtel, de nouveaux procédés de fabrication de cellules photovoltaïques à hétérojonction permettent des rendements plus efficaces. Une opportunité pour les fabricants européens.
  • «Ces cellules présentent une meilleure stabilité en température», affirme Christophe Ballif, de l’EPFL.

    Crédits: CSEM
  • Grâce à un maillage serré des fils de cuivre et d’argent, cette cellule photovoltaïque est plus économe en matières premières métalliques.

    Crédits: CSEM

Le principe n’est pas inconnu: au début des années 1990, le fabricant japonais Sanyo avait déjà déposé un brevet dans ce domaine. Mais quand Christophe Ballif a rejoint l’Institut de microtechnique à Neuchâtel en 2004 et relancé les recherches sur les cellules photovoltaïques à hétérojonction, les développements étaient encore relativement peu poussés et la technologie coûteuse.

En une décennie, la technologie a fait des bonds de géant et est devenue opérationnelle en situation de production sur site. Des laboratoires de l’EPFL à Neuchâtel, où la technologie s’est développée, le programme a fait un saut de puce jusqu’aux bâtiments voisins du CSEM, qui l’a valorisée pour l’amener du laboratoire à la production industrielle.

L’un des déclics a été l’installation en 2008 de Roth & Rau Switzerland (devenu ensuite Meyer Burger Research) à Neuchâtel pour prendre part au programme de développement. Cette unité de l’entreprise Roth & Rau, un fabricant de machines de production de panneaux, alors sous pavillon allemand, a vite décelé les potentiels. Son rachat par le groupe suisse Meyer Burger pour 350 millions de francs en avril 2011 a renforcé la dynamique.

«Pour produire des cellules photovoltaïques à hétérojonction, une des étapes consiste à déposer des couches ultraminces de silicium amorphe sur les deux faces d’une plaquette de silicium monocristallin pour créer cette hétérojonction. Les cellules ainsi produites présentent une meilleure stabilité en température et donc un meilleur rendement en condition réelle où la température peut atteindre 40 à 70  degrés», explique Christophe Ballif, directeur du laboratoire de photovoltaïque et couches minces électroniques de l’EPFL et directeur du PV Center du CSEM à Neuchâtel.

«Contrôler des couches de 10 nanomètres de silicium amorphe là où les techniques traditionnelles plafonnent à un micromètre, c’est réellement un cap crucial», renchérit Benjamin Strahm, responsable R & D chez Meyer Burger.

Progressivement, les résultats ont permis de réaliser des hétérojonctions sur des cellules de quelques millimètres carrés, puis de quelques centimètres, et désormais sur des carrés de plus de 15 cm de côté, soit la taille standard des cellules utilisées sur les panneaux photovoltaïques commercialisés par les principaux producteurs mondiaux.

Cette avancée technologique produit des effets non négligeables en matière de rendement: «Par rapport à une cellule cristalline standard, nous avons réussi à gagner jusqu’à 20% du relatif de rendement. Aussi bien nos cellules de laboratoire que les meilleures cellules sur la ligne pilote de production de Meyer Burger atteignent 23% de rendement. Cela est rendu possible, entre autres, par des tensions délivrées qui sont 15% plus élevées qu’avec les technologies traditionnelles. De plus, grâce à leur coefficient de température remarquable, on s’attend, dans les zones très ensoleillées du globe, à obtenir un gain additionnel de 3 à 7% en matière d’énergie au final», résume Christophe Ballif.

Autre intérêt des recherches menées par le CSEM: l’économie en matières premières métalliques. Grâce à un maillage électrique plus fin et plus serré de la cellule, on restreint la quantité de pâte d’argent utilisée, et de ce fait le coût de production d’une telle cellule est réduit de 3 à 5%.

Le groupe Meyer Burger a bien compris l’intérêt stratégique du marché et a poussé les étapes d’industrialisation. «La structure de la cellule est très simple, mais les procédés de fabrication sont très différents de ce qui se fait dans les unités de production de cellules de silicium polycristallin», insiste Benjamin Strahm.

Nombreux challenges

En six ans, il a fallu relever un certain nombre de challenges: développer les processus de production adéquats, trouver les techniques les plus fiables pour une production à l’échelle industrielle et transposer les résultats des laboratoires neuchâtelois vers les sites de production. Passer d’un wafer (la plaque de semi-conducteur) à une dizaine de wafers par jour voilà quelques années, puis à une cinquantaine de wafers par minute désormais en phase de production, a constitué un défi majeur que le responsable R & D de Meyer Burger mesure avec satisfaction.

Dans un premier temps, des petits équipements de laboratoires ont pu être vendus. Début octobre, le premier client, un fabricant asiatique, a acheté à Meyer Burger ses équipements pour la production de masse de tels panneaux photovoltaïques. «La production devrait débuter dans quelques jours et nous attendons les premiers retours avant la fin d’année», estime Benjamin Strahm.

Selon lui, le marché attend cette avancée: «Les experts s’accordent pour dire que les panneaux avec cellules à hétérojonction silicium devraient atteindre jusqu’à 20% du marché dans les années à venir. Je pense pour ma part qu’il y aura toujours de la place pour une grande diversité de produits, allant des panneaux polycristallins à faible rendement mais peu coûteux à produire, aux panneaux à contact en face arrière, plus onéreux mais à très haut rendement. L’atout des architectures à hétérojonction silicium, face à ses concurrentes, est de pouvoir passer la barre des 22% d’efficacité avec des coûts de production extrêmement bas.»

Soit de quoi «redonner aux entreprises européennes dans ce secteur un coup d’avance sur la concurrence asiatique, chinoise en particulier», assure Christophe Ballif. Pourtant, si des acteurs européens ont marqué un intérêt pour la technologie, «ils sont encore isolés, et nous avons essentiellement affaire à des fabricants asiatiques», glisse Benjamin Strahm. La chance de l’Europe, c’est d’avoir des chaînes de production entièrement automatisées qui pourraient profiter de cette opportunité.

Matthieu Hoffstetter
Matthieu Hoffstetter

JOURNALISTE À BILAN

Lui écrire

Titulaire d'une maîtrise en histoire et d'un Master de journalisme, Matthieu Hoffstetter débute sa carrière en 2004 au sein des Dernières Nouvelles d'Alsace. Pendant plus de huit ans, il va ensuite couvrir l'actualité suisse et transfrontalière à Bâle pour le compte de ce quotidien régional français. En 2013, il rejoint Bilan et se spécialise dans les sujets liés à l'innovation, aux startups, et passe avec plaisir du web au print et inversement. Il contribue également aux suppléments, dont Bilan Luxe. Et réalise des sujets vidéo sur des sujets très variés (tourisme, startups, technologie, luxe).

Du même auteur:

Offshore, Consortium, paradis fiscal: des clefs pour comprendre
RUAG vend sa division Mechanical Engineering

Les newsletters de Bilan

Le cercle des lecteurs

Le Cercle des Lecteurs est une plate-forme d'échanger sur tout ce qui touche votre magazine. C'est le reflet de vos opinions, et votre porte-parole le plus fidèle. Plus d'info


Image Footer

"Tout ce qui compte.
Pour vous."