Une protéine végétale pour fabriquer de l’électricité

Les panneaux photovoltaïques fabriqués à partir d’éléments végétaux pourraient un jour servir d’alternative simple et peu coûteuse aux capteurs solaires traditionnels.

Un moyen totalement nouveau d’aborder le photovoltaïque vient d’être développé grâce à une étroite collaboration entre le Massachussets Institute of Technology (MIT) et l’EPFL. En utilisant la protéine nécessaire à la photosynthèse chez les végétaux, un chercheur du MIT, Andreas Mershin a mis au point un moyen de produire du courant électrique. Il vient ainsi d’ouvrir la voie à une nouvelle façon simple et peu coûteuse de reproduire l’énergie solaire. Ces recherches viennent compléter les travaux commencés il y a huit ans par Shuguang Zhang dans le Center for Biomedical Engineering du MIT et le professeur Michael Graetzel de l’EPFL. Elles seront publiées cette semaine dans le journal scientifique en libre accès Scientific Reports.

Lors de ses premières recherches, Shuguang Zhang était parvenu à isoler un grand nombre de molécules, regroupées sous le nom de photosystème-I (PS-I), les minuscules structures d’une cellule végétale, qui permettent la photosynthèse. Le chercheur et ses collègues ont extrait le PS-I de plantes et l’ont stabilisé chimiquement, puis ils en ont déposé une couche sur un substrat de verre. Ce dispositif s’est révélé capable de produire du courant électrique lorsqu’il est exposé à la lumière, comme une cellule solaire classique. L’étape suivante consistait à trouver un moyen d’amplifier ce courant.

Dans le laboratoire de Michael Graetzel, Andreas Mershin est arrivé à adapter un substrat photovoltaïque bien plus efficace pour absorber la lumière solaire. Ce substrat est comparable à celui utilisé dans les cellules solaires à colorant, dites « cellules Graetzel », spécialité de ce laboratoire, mais la substance PS-I est radicalement différente du colorant utilisé habituellement. Le défi apporté par une telle modification a permis d’améliorer également ces cellules solaires à colorant, en particulier grâce au développement d’un mécanisme qui transporte les électrons plus efficacement entre les extrémités des pôles, comme dans une pile.

Une « forêt » de nanofils

Andreas Mershin a en effet pu créer une minuscule « forêt » de nanofils d’oxyde de zinc (ZnO), ainsi qu’une nanostructure de dioxyde de titane (TiO2) de type spongieux, enrobée d’une matière organique dérivée de bactéries, chargée de capter la lumière. Les nanofils ont servi non seulement de support pour la matière organique, mais aussi de câbles pour véhiculer les électrons produits par les molécules à l’intérieur de la couche de matière organique, à partir desquels celle-ci pourrait être reliée à un circuit. « C’est une sorte de nano-forêt électrique », explique le chercheur.

Selon lui, le procédé a été tellement simplifié que pratiquement n’importe quel laboratoire pourrait le reproduire – y compris des laboratoires de sciences à l’université, et même dans les écoles – permettant aux chercheurs partout dans le monde de commencer à étudier ce procédé et de proposer d’autres perfectionnements. « L’efficacité du nouveau système est 10 000 fois supérieure à la version précédente, bien qu’il ne convertisse pour l’heure que 0,1% de l’énergie solaire en électricité. Cependant, 1 à 2 pour-cent d’efficacité seront suffisants pour que l’on puisse imaginer une utilisation commerciale, car les ingrédients ne coûtent presque rien et le procédé de fabrication est particulièrement simple », précise Andreas Mershin.

Ces recherches ont été financées en partie par une subvention sans restriction octroyée par la société Intel et ont aussi bénéficié de la participation de chercheurs de l’University of Tennessee.

L’efficacité des cellules solaires boostée par les “Q-BIC”

En ajustant au mieux les composants, un trio d’ingénieurs** de l’Université de Buffalo (USA) espère augmenter considérablement la quantité de lumière que les cellules solaires sont en mesure de convertir en électricité.

Associés à des scientifiques militaires, les chercheurs de l’UB ont montré que des points quantiques (quantum dots) intégrés dans les cellules photovoltaïques pouvaient améliorer la production électrique en chargeant les cellules d’absorber la lumière infrarouge, et en augmentant la durée de vie des photo-électrons.

L’idée d’intégrer des boîtes quantiques dans des panneaux solaires n’est pas nouvelle : Selon le professeur émérite de SUNY, Vladimir Mitin, des scientifiques avaient déjà évoqué il y a une décennie que cette technique pourrait améliorer l’efficacité des panneaux en leur permettant d’absorber les ondes invisibles, comme la lumière infrarouge, en plus de la lumière visible. Toutefois, des gros efforts entrepris dans cette direction avaient rencontré un succès limité.

Les chercheurs de l’UB ont non seulement utilisé avec succès les points quantiques pour récolter la lumière infrarouge, mais ils ont franchi une étape technologique supplémentaire, en employant un dopage sélectif afin que les points quantiques comprennent une charge significative dans la cellule solaire.

Cette charge intégrée semble bénéfique, car elle repousse les électrons, les forçant à voyager autour du point quantique. Sinon, les points quantiques créent un canal de “recombinaison” des électrons, ce qui en substance « capture » les électrons en mouvement, les empêchant ainsi de contribuer à générer un courant électrique.

“La technologie mise au point posséderait le potentiel d’accroître l’efficacité des cellules solaires jusqu’à 45%“, a déclaré Vladimir Mitin. Le professeur s’est d’ailleurs empressé de déposer des demandes de brevet provisoire, afin de protéger cette technologie prometteuse.

“Cette Technologie ‘propre’ va vraiment profiter à la région, à l’État, et au pays“, a déclaré Vladimir Mitin. “Avec des cellules solaires à haute efficacité, les consommateurs pourront économiser de l’argent et les fournisseurs pourront acquérir de plus petits terrains qui produiront plus d’énergie.”

Le professeur Mitin et ses collègues ont déjà investi beaucoup de temps dans le développement des points quantiques, surnommé “Q-BIC“. Pour améliorer encore plus la technologie et l’amener sur le marché, la startup (OPtoElectronic Nanodevices) OPEN est maintenant à la recherche de financement auprès d’investisseurs privés et de programmes fédéraux.

** Vladimir Mitin, Andrei Sergeev et Nizami Vagidov ont fondé la société, “optoélectronique Nanodevices” (OPEN LLC), afin de transposer cette innovation réalisée en laboratoire sur le marché.

Cellules solaires : Schott remplace de l’argent par le cuivre

Après seulement six mois de recherche, le projet Las VeGaS a permis de développer une nouvelle technologie de fabrication permettant de réduire de plus de 50% le coût de la métallisation en face avant des cellules solaires en silicium multi-cristallin, tout en atteignant un rendement de 18%.

Le projet qui réunit les sociétés SCHOTT Solar, RENA et le CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik vise à remplacer les contacts en argent (couramment utilisés en face avant des cellules solaires) par une couche de nickel-cuivre, moins coûteuse. Il a déjà atteint un objectif important : une cellule solaire métallisée au cuivre, avec un rendement de 18 %.

Basée sur un wafer en silicium multi-cristallin SCHOTT Solar, avec une métallisation standard en face arrière par sérigraphie, cette technique diviserait par 2 les coûts de métallisation en face avant.

La difficulté particulière de la métallisation nickel-cuivre par électrodéposition est d’éviter la diffusion du cuivre dans la cellule solaire en silicium, car il réduirait la durée de vie des électrons et par conséquent le rendement de la cellule. L’équipe du projet a donc mis au point une couche de nickel électrodéposée qui empêche la diffusion, ainsi que les techniques adéquates pour appliquer à la cellule la barrière de nickel et les contacts en cuivre.

En utilisant la nouvelle technologie « InCellPlate » de RENA et des outils industriels standards, l’équipe a fabriqué des prototypes prometteurs. Ces cellules solaires vont ensuite être utilisées pour fabriquer des modules tests afin de démontrer leur stabilité à long terme dans le cadre de tests de fiabilité. L’équipe travaille en outre à transposer ces progrès technologiques aux cellules en silicium monocristallin. Elle attend un rendement supérieur à 19 %.

Outre le coût inférieur du cuivre, la méthode Las VeGaS offrirait selon le consortium un autre avantage : “les couches électrodéposées respectent l’environnement, car elles n’utilisent ni plomb ni solvant. Elles répondent ainsi aux exigences de la directive RoHS de l’Union européenne, qui impose une restriction des substances dangereuses pour la fabrication d’appareils électriques et électroniques. La nouvelle technique évite aussi l’utilisation de pâte d’argent coûteuse, car il suffit d’une très fine couche d’argent déposé par électrolyse pour souder les cellules aux contacts en cuivre, lors de la fabrication des modules. Elle permet de diminuer d’au moins 95 % l’utilisation d’argent.”

Le projet Las VeGaS vise une stabilité à long terme de la métallisation en face avant des cellules solaires, à l’aide de couches électrodéposées respectueuses de l’environnement. Celui-ci a obtenu une aide financière du ministère fédéral de l’enseignement et de la recherche, dans le cadre de l’initiative « Partenariat pour l’innovation photovoltaïque ».

** SCHOTT Solar fabrique des wafers, cellules et modules solaires. RENA est l’un des plus grands fournisseurs de technologie de traitement chimique en milieu humide, principalement pour le photovoltaïque. Le CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH d’Erfurt est un institut de R&D dans les domaines des détecteurs sur silicium, des microsystèmes et du photovoltaïque.

Focus sur les fabricants mondiaux de cellules photovoltaïques

La progression des acteurs chinois et taïwanais dans le top 10 des principaux fabricants de cellules photovoltaïques est spectaculaire puisqu’ils trustent désormais 6 places dans ce classement, dont les deux premières avec Suntech, nouveau n°1 (n°2 en 2009) et JA Solar, nouveau n°2 (n°6 en 2009).

Trina gagne quatre places et se retrouve quatrième. Yingly, malgré une production en forte progression, se maintient à la cinquième place. Les deux acteurs taïwanais, Motech et Gintech, occupent désormais la 7e(11e en 2009) et la 9e place (10e en 2009).

L’Américain First Solar, leader en 2009, perd deux places mais reste proche des deux leaders chinois. L’Allemand Q-Cells, seul représentant européen, perd deux places et se retrouve sixième. Le Japon garde ses deux représentants dans ce classement. Sharp, qui était sur la troisième marche du podium en 2009, perd pied et se retrouve huitième, et Kyocera ferme la marche (n°10) avec trois places de moins par rapport à 2009. Ces deux industriels japonais n’ayant pas communiqué leurs chiffres de production, nous avons repris les estimations de leur production faites par Photon International.

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Le club des industriels produisant plus d’1 GWc de cellules s’est logiquement agrandi. First Solar, seul représentant en 2009, a été rejoint par Suntech Power, JA Solar, Trina Solar, Yingly Green Energy et Q-Cells.

Suntech Power prend le leadership

Suntech Power est donc devenu en 2010 le premier industriel chinois à occuper la place de leader de la production de cellules. Ses trois usines (à Luoyang, Shanghai et Wuxi) ont produit en 2010 1 572 MWc de cellules, soit une augmentation de 123,3 %. La technologie polycristalline occupe les deux tiers de sa production contre un tiers de cellules monocristallines. En 2011, Suntech prévoit une croissance moins soutenue (+40 %) avec une production de 2 200 MWc. Pour ce faire, il prévoit d’augmenter sa capacité de production de cellules à 2 400 MWc en 2011 (contre 1 800 MW en 2010).

Autre croissance vertigineuse, le chiffre d’affaires annoncé par le fabricant, 2 902 millions de dollars, a augmenté de 71,4 % (1 693 millions de dollars en 2009) et son résultat opérationnel se monte à 197,2 millions de dollars (174 millions de dollars en 2009). Pour 2011, il prévoit une augmentation de son chiffre d’affaires de l’ordre de 20 % (entre 3,4 et 3,6 milliards de dollars), concomitante à une diminution moyenne des prix de 10 %. Pour augmenter sa profitabilité, Suntech a fait le choix d’investir dans sa propre production de wafers. Depuis 2010, il dispose d’une capacité de 500 MWc qu’il compte porter à 1 200 MWc en 2011.

L’année de la transformation pour JA Solar

JA Solar est le fabricant de cellules qui a connu la croissance la plus impressionnante. Selon son directeur général, Peng Fang, 2010 est une année de transformation pour JA Solar. L’Industriel chinois a annoncé avoir sorti de ses usines un volume de 1 460 MWc, soit une croissance de 187 % par rapport à 2009. Son chiffre d’affaires a augmenté encore plus rapidement. Il est annoncé à 1,78 milliard de dollars, soit une progression de 211 %. Son résultat opérationnel a atteint 299,6 millions de dollars en 2010, soit une marge opérationnelle de 16,8 %.

Selon la compagnie, la croissance de l’entreprise est assurée en 2011 avec une demande largement supérieure aux capacités de production. Pour la satisfaire, JA Solar prévoit de porter ses capacités de production de cellules à plus de 3 GW, d’augmenter celles de modules de 800 MWc et celles de wafers de 600 MWc. JA Solar espère ainsi porter sa production de cellules et de modules à 2,2 GW en 2011, soit une augmentation de 50 % par rapport à 2010. La pro duction de modules devrait, elle, atteindre entre 500 et 600 MWc. Les contrats signés pour 2011 se montent déjà à plus de 2 GWc, ce qui représente 90 % de la production attendue en 2011. La compagnie a annoncé le 10 mars 2011 avoir signé avec la ville chinoise de Hefei, dans la province de l’Anhui, un accord d’investissement stratégique pour la construction d’une unité de production de cellules photovoltaïques.

L’usine sera dotée à terme d’une capacité de 3 GWc. La première phase de construction est attendue pour 2011, avec un démarrage de la production en 2012.

D’un point de vue technologique, l’entreprise a annoncé en février 2011 avoir développé une cellule polycristalline, nommée Maple (Érable en français), avec un rendement commercial de 18,2 %. L’entreprise compte également diminuer ses coûts de structure en optimisant sa chaîne de valeur. Elle a pour cela signé des contrats à long terme avec des partenaires stratégiques qui ont annoncé leur intention d’ouvrir des usines de produc-tion à proximité de celles de JA Solar.

First Solar, leader de la profitabilité

L’Américain First Solar, leader du classement en 2009, a concédé du terrain par rapport à ses deux grands rivaux chinois. Durant l’année 2010, le fabricant de modules au tellurure de cadmium (11,6 % de rendement) n’a augmenté sa production que de 28 %, soit un total de l’ordre de 1 400 MWc.

Le plus important pour First Solar est d’être une fois encore le producteur de cellules le plus profitable au monde avec un résultat opérationnel de 748,9 millions de dollars sur un chiffre d’affaires de 2,564 milliards de dollars. Pour 2011, il prévoit un chiffre d’affaires entre 3,7 et 3,8 milliards de dollars et un résultat opérationnel compris entre 910 et 980 millions de dollars.

Ces bons résultats s’expliquent par un coût du watt-crête produit le plus faible au monde, qui est descendu à 0,75 $/Wc au quatrième trimestre 2010, soit une baisse de 11 % par rapport à 2009. Un coût pratiquement divisé par deux depuis 2006 (1,40 $/Wc).

Cette forte compétitivité permet à First Solar d’être bien implanté géographiquement sur les principaux marchés du photovoltaïque. La plus grande partie de sa production provient de Malaisie, un pays où la main-d’œuvre est très compétitive, mais il possède aussi des usines en Allemagne et aux États-Unis à proximité des marchés les plus actifs. First Solar est également un fournisseur de solutions solaires clés en main. Il a la particularité de réaliser en Amérique du Nord les centrales les plus puissantes au monde, comme celle de Sarnia au Canada (80 MWc) ou celle de Copper Mountain au Nevada (48 MWc). First Solar mettra en service en 2013 la plus grande centrale du monde, Agua Caliente (Arizona), qui sera dotée d’une puissance de 290 MWc.

En 2011, l’industriel américain prévoit d’augmenter davantage ses capacités de production avec trois nouvelles unités, une en Allemagne (251 MWc) et deux autres en Malaisie (501 MWc). Sa capacité totale atteindra donc 2 254 MWc en 2011 (250 MWc dans l’Ohio, 501 MWc en Allemagne, et 1 503 MWc en Malaisie. En 2012, il prévoit d’étendre ses capacités à 2 879 MWc grâce à l’implantation de trois autres unités, au Viêtnam (250 MWc), aux États-Unis (250 MWc) ainsi qu’en France (125 MWc). Ce dernier projet est actuellement suspendu compte tenu de la réorientation de la politique française sur le développement de son marché photovoltaïque. First Solar attend plus de visibilité pour prendre la décision d’investir.

Trina Solar dans la course

Dans le club des producteurs de plus d’1 GWc figure désormais Trina Solar. L’industriel chinois a sorti de ses usines 1 064 MWc de modules, soit une progression de 164,8 % par rapport à 2009. Son chiffre d’affaires a plus que doublé (+120 %) et atteint 1,86 milliard de dollars (845,1 millions de dollars en 2009) et son résultat opérationnel a plus que triplé en 2010 (+223,7 %) pour atteindre 417,3 millions de dollars (soit une marge opérationnelle de 22,5 %). Selon l’industriel, la croissance actuelle va permettre à Trina Solar de renforcer sa présence sur le marché nord-américain ainsi que sur les marchés très prometteurs de l’Inde, de l’Australie et de la Chine. Pour 2011, la compagnie s’attend à une production de modules comprise entre 1,75 et 1,80 GWc, soit une augmentation comprise entre 65,6 % et 70,3 % par rapport à 2010.

Les capacités de production de cellules et de modules seront étendues à 1,9 GWc en 2011 (1,2 GWc en 2010). Trina Solar prévoit parallèlement d’augmenter ses capacités de production de wafers et de lingots de silicium à 1,2 GWc. Cette évolution se fera parallèlement à une augmentation de l’efficacité de ces produits. Sur une ligne de production en phase de test, Trina Solar est parvenu à atteindre des rendements de 19,5 % et 18 %, respectivement sur des cellules monocristallines et polycristallines.

Son objectif est d’atteindre des rendements de conversion de 20 % au milieu de l’année 2012 et de 21,5 % en 2013, toujours sur des lignes de production en phase de test.

Réalignement stratégique en cours pour Q-Cells

Q-Cells est le seul fabricant européen à tenir le rythme des leaders mondiaux. En 2010, l’industriel allemand a franchi le cap du GWc produit avec une production de 1 014 MWc (soit 939 MWc de cellules en sili-cium cristallin et 75 MWc de modules couches minces CIGS) contre une produc-tion de 551 MWc en 2009 (soit 537 MWc de cellules en silicium cristallin et 14 MWc de modules couches minces CIGS), soit une croissance de 84 % de sa production.

La production de modules CIGS provient de sa filiale Solibro qui reste à ce jour le lea-der mondial dans cette technologie avec une capacité de production de 135 MWc fin 2010 (30 MWc fin 2009). La capacité de production des usines allemande et malai-sienne de Q-Cells est passée de 800 MWc en 2009 à 1 100 MWc en 2010. Pour 2011, l’industriel n’a pas prévu d’augmenter significativement ses capacités de pro-duction de cellules, qui passeront d’1,1 GWc à 1,2 GWc. Il prévoit donc une pro-duction de cellules cristallines de l’ordre d’1,1 GWc en 2011 tandis que la production des modules couches minces devrait pas-ser à 100 MWc. Il utilisera cette période pour adapter ses moyens de production à sa nouvelle technologie Gen2 qui permet-tra d’améliorer le rendement de ces cel-lules cristallines de 0,5 %.

L’objectif de l’industriel allemand n’est plus de se lancer dans une course à la pro-duction. En mars 2010, Q-Cells a annoncé un réalignement stratégique à moyen ter-me vers une activité de fournisseur de solutions photovoltaïques intégrées clés en main (installation en toiture de centrales de taille moyenne ou de petites centrales terrestres). Cette nouvelle activité représentait déjà 363 millions d’euros en 2010, soit 27 % de son chiffre d’affaires.

Ce secteur d’activité plus rentable offre à Q-Cells plus de perspectives d’augmentation du chiffre d’affaires et des profits.

L’autre priorité est de gagner des parts de marché à l’international. En 2010, l’entreprise a réalisé pour la première fois plus de 50 % de ses ventes hors d’Allemagne.

Cette réorganisation stratégique commence à porter ses fruits. En 2010, Q-Cells est parvenu à refaire surface malgré un environnement concurrentiel très difficile. L’entreprise allemande a pour cela augmenté son chiffre d’affaires de 790,4 millions d’euros en 2009 à 1 354,2 millions d’euros en 2010. Le résultat opérationnel redevient positif à 82,3 millions d’euros contre – 362,5 millions d’euros en 2009.

Pour 2011, Q-Cells s’attend à une augmentation plus mesurée de son chiffre d’affaires compris entre 1,3 et 1,5 milliard d’euros. Ces prévisions s’expliquent par des incertitudes plus marquées sur les marchés allemand et italien qui tirent aujourd’hui la croissance européenne. Pour 2012, les analystes tablent sur une croissance positive du marché mondial grâce à la montée en puissance des marchés américain, chinois et indien. L’ambition de Q-Cells est donc d’améliorer son positionnement sur ces trois futurs grands marchés.

Cellule photovoltaïque : nouveau record d’efficacité pour Sharp

La compagnie nippone Sharp a annoncé le 4 novembre dernier avoir obtenu une efficacité de conversion de cellules solaires la plus élevée au monde avec un taux de 36,9% en utilisant une cellule photovoltaïque à triple jonction (3 couches).

Ces cellules photovoltaïques multijonction utilisent des couches de photoabsorption composées de deux ou plusieurs éléments. Sont combinés, une première couche d’arséniure d’indium-gallium, puis une seconde couche d’arséniure de gallium au milieu, et enfin une autre d’arséniure d’indium-gallium pour la couche supérieure permettant d’atteindre une absorption maximale et une efficacité de conversion très élevée. Ce procédé est déjà utilisé sur les satellites spatiaux.

Depuis 2000, Sharp a engagé des efforts considérables dans la recherche et le développement de cellules photovoltaïques à triple jonction. En 2009, Sharp a réussi à améliorer l’efficacité de conversion de ce type de cellule (35,8%) grâce notamment à la présence d’une couche inférieure d’arséniure d’indium-gallium, en se basant sur une technologie propriétaire.

L’amélioration de l’efficacité de conversion a été rendue possible par la réduction de la résistance des zones de jonction nécessaires pour connecter les couches de cellules photovoltaïques en série.

Ce projet a été promu par l’agence NEDO*, dans le cadre du thème de recherche “Recherche et Développement des cellules photovoltaïques innovantes“, tandis que le record d’efficacité de conversion a été enregistré et validé par l’AIST**. A l’avenir, Sharp prévoit même de concevoir des cellules photovoltaïques ultraminces flexibles. Un projet de démonstration verra le jour en 2012.

La société technologique vise l’intégration de ces nouvelles cellules photovoltaïques sur les panneaux solaires des satellites. Une commercialisation est annoncée pour 2014-2015, dans des applications évoluant dans les secteurs de l’aéronautique, ou encore dans l’automobile.

* NEDO : New Energy and Industrial Technology Development Organization
** AIST : National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

JinkoSolar : taux de rendement de 18,3% par cellule solaire

JinkoSolar Holding, considéré comme l’un des principaux fabricants de produits photovoltaïques chinois, a dévoilé à l’occasion d’EnerSolar** ses modules solaires Q-1, issus de la série Quantum dont les taux de conversion sont supérieurs à la moyenne.

Ces modules solaires sont fabriqués à partir de cellules pseudo-mono multi-cristallines, qui combinent les avantages des cellules monocristallines et celles des cellules multi cristallines. Cette combinaison permet selon le fabricant un produit plus performant, tout en maintenant des faibles coûts de production. Les cellules produites offrent actuellement un niveau de rendement de 18,3%.

« Nous avons lancé un nouveau centre de R&D afin de se concentrer sur l’amélioration du rendement de conversion de nos cellules solaires et sur la prochaine génération de technologies photovoltaïques. L’équilibre Qualité/Prix atteint par nos modules solaires est déjà représentatif de notre capacité à innover » a déclaré Li Xiande, président de JinkoSolar.

« Notre objectif est de développer des solutions photovoltaïques plus abordables tout en maintenant un haut niveau de performance. La nouvelle gamme Q-1 nous a permis de maximiser l’efficacité du produit tout en assurant des performances énergétiques importantes » a ajouté Arturo Herrero, directeur marketing de JinkoSolar.

En tant que fabricant verticalement intégré, JinkoSolar garantit la maitrise totale de tout le processus de fabrication, depuis la production de lingots et de wafers, jusqu’aux cellules et modules photovoltaïques.

Par ailleurs, la société a mis en place de nombreuses démarches de Contrôle Qualité pour s’assurer de la performance et de l’efficacité de ses produits sur le long terme. Grâce à son code-barres unique, l’historique de chaque module peut être retracé jusqu’au lingot, permettant à l’entreprise de surveiller et d’enregistrer toutes les données et d’assurer une traçabilité du produit tout au long de son cycle de vie.

** Le Salon EnerSolar 2011 a lieu à Milan, en Italie, du 16 au 18 novembre.

Le norvégien REC va supprimer 700 emplois dans le solaire

Renewable Energy Corporation (REC), le fabricant norvégien de polysilicium dans le secteur photovoltaïque a annoncé hier la fermeture définitive d’une partie de sa production en Norvège après des résultats trimestriels très décevants.

REC indique que la fermeture de ses usines produisant des wafers et des cellules solaires se traduira par la suppression d’environ 17% de ses effectifs, soit environ 700 emplois sur les 4.000 employés du groupe.

En effet, durant cette période, REC a enregistré une perte nette de 759 millions de couronnes norvégiennes NOK (ou 98,7 millions d’euros) contre -896 millions de NOK un an plus tôt. Le résultat brut d’exploitation (EBITDA) a été divisé de plus de moitié, à 370 millions NOK contre 827 millions NOK, pour un chiffre d’affaires en baisse de près de 21%, à 3 milliards de NOK.

La société explique ce mauvais résultat par la conjonction de plusieurs facteurs dont l’incertitude économique qui pèse actuellement sur le marché solaire (crise financière et investissements en baisse), par la surcapacité de production persistante et par la prédominance des acteurs asiatiques dans la chaîne de valeur.

La part de marché du couple infernal Chine + Taïwan dans la production de cellules photovoltaïques n’a cessé de grimper, passant de 19% à 59% en 5 ans (2006 à 2010). L’Europe et le Japon demeurent les grands perdants de cette concurrence effrénée.

Par ailleurs, après avoir lourdement chuté au 2ème trimestre 2011, les prix “spot” du polysilicium, des wafers (galettes de silicium) et des modules solaires ont continué leurs dégringolades au 3 trimestre 2011, (soit respectivement : -10%, -8%, -9%) a estimé REC dans son rapport.

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Nanostructuration des cellules PV : “faire mieux avec moins”

Des chercheurs de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ont fabriqué des cellules photovoltaïques mille fois plus minces que les cellules classiques.

Faire mieux avec moins, c’est là le défi qu’ils se sont lancés avec les soutiens du Fonds national suisse et de l’Office fédéral de l’énergie. Et concernant plus spécifiquement leur rendement, ils ont développé un nouveau procédé de nanostructuration.

Même si le silicium est un des éléments les plus abondants de notre planète, l’énergie nécessaire pour l’extraire du sable est énorme. C’est pour cette raison, mais aussi pour diminuer les coûts de fabrication, que le professeur Christophe Ballif et son équipe du laboratoire de photovoltaïque et couches minces électroniques de l’EPFL travaillent depuis plusieurs années sur des cellules solaire à couches minces, soit mille fois moins épaisses – et donc moins coûteuse en matière première – que les cellules classiques.

Un soucis de taille réside toutefois, car plus les cellules sont minces, moins elles absorbent les rayons du soleil et moins elles produisent d’électricité. Il faut donc trouver un moyen pour piéger la lumière et augmenter son absorption dans le silicium. Traditionnellement, on utilise des couches d’oxyde de zinc, un matériau abondant et absolument non toxique, qui pousse en forme de petits cristaux pyramidaux. Ces derniers permettent à la lumière de se diffuser beaucoup plus efficacement dans le silicium. Ces couches ont même permis d’atteindre le record du monde en efficacité de ces cellules.

Mais le mieux n’est pas toujours l’ennemi du bien. Et les scientifiques tentent de battre ce record. « Comme il est difficile de modifier la forme pyramidale que prennent naturellement ces cristallites pour obtenir une meilleure diffusion de la lumière, explique le chercheur Corsin Battaglia, il nous est venu l’idée de contraindre ces cristaux à croître sur un autre support, un moule en inversé avec la structure souhaitée. » L’idée est aussi géniale que simple. Une fois la couche nanométrique d’oxyde de zinc apposée sur le moule, il suffit de la « démouler » – à la manière de la tarte tatin – pour obtenir une couche avec la structure désirée.

Ce procédé, décrit dans l’édition de septembre du journal Nature Photonics, permet non seulement d’améliorer le piégeage des rayons lumineux et ainsi d’augmenter le rendement, mais aussi de réduire potentiellement le coût des cellules. Des arguments intéressants à l’heure où le photovoltaïque a pour ambition de produire à terme de l’électricité à un prix inférieur au prix du réseau actuel.

Q-Cells innove et lance le module monocristallin Q.PEAK

Le fabricant de modules photovoltaïques, Q-Cells, a annoncé le lancement d’une nouvelle génération de modules polycristallins (Q.PRO) et de modules de technologie couche mince CIGS (Q.SMART), ainsi que la mise sur le marché d’une nouvelle ligne de modules monocristallins (Q.PEAK), produits sur une ligne dédiée de son site de Bitterfeld-Wolfen en Allemagne.

Destinés aux toitures résidentielles, industrielles ou commerciales, Q-Cells a présenté une nouvelle génération de modules photovoltaïques. Censés être plus fiables et plus efficaces, ces nouveaux modules bénéficient du label propriétaire « Rendements sécurisés » (Yield Security). Par ailleurs, Q-Cells s’engage sur une garantie linéaire de 25 ans sur la performance de ses modules et de 10 ans sur ses produits.

Les modules Q.PRO

Basée sur une nouvelle technologie de cellules, cette génération de modules polycristallins dispose, au niveau de la cellule, de la technologie anti-PID, évitant la dégradation des rendements due aux tensions élevées du système et à des courants de fuite dans le module.

Les cellules des modules Q.PRO-G2 possèdent également une protection contre les points chauds pour une sécurité anti-feu et une efficacité accrue (Hot Spot Protect), ainsi qu’un marquage laser Tra.Q, développé et breveté par Q-Cells, afin d’assurer la traçabilité des cellules et des modules tout au long de la chaîne de valeur photovoltaïque.

Les modules Q.SMART

La nouvelle génération de modules de technologie couche mince CIGS Q.SMART peut désormais atteindre un rendement allant jusqu’à 13,4 %. Elle bénéficie de la technologie anti-PID pour des rendements protégés de la dégradation due à la tension élevée. Avec l’Additional Power Boost, un système d’optimisation de la performance obtenu grâce au tri positif et à l’effet de light soaking (permettant l’activation de la couche productive par la lumière au cours des premiers mois de mise en service du module), un supplément de 15% de rendement est possible.

Les modules sont également dotés de la technologie 360° Efficiency qui leur permet d’atteindre des puissances plus élevées même en cas de mauvaises conditions d’ensoleillement et d’orientation peu favorable (orientation nord ou ouest, à la verticale ou à l’horizontale).

Les modules Q-PEAK

Q-Cells lance le module monocristallin Q.PEAK, au rendement supérieur de 3% aux modules traditionnels, conçu à partir de cellules super carrées, et intégrant la technologie anti-PID, la protection contre les points chauds (Hot Spot Protect) et le marquage Tra.Q.

Deux versions sont disponibles : le module Q.PEAK (245-265 Wc), plus puissant, avec le fond du module blanc et le module Q.PEAK BLK (235-255 Wc), à la ligne élégante, avec le fond du module et le cadre noirs.

Pour les nouveaux modules Q.PEAK, Q-Cells met en service une ligne de production dédiée sur le site de Bitterfeld-Wolfen en Allemagne. D’une capacité de 130 MWp et représentant un investissement de 17 millions d’euros, la construction de la nouvelle ligne de production a débuté en février dernier. Lorsque la ligne atteindra sa pleine capacité, elle devrait produire 1 400 modules photovoltaïques par jour et 511 000 modules par an.

« Depuis la création de sa première cellule solaire il y a dix ans, Q-Cells a toujours œuvré à développer des technologies photovoltaïques innovantes. Avec la production de nouveaux modules en Allemagne, nous consolidons notre position parmi les leaders mondiaux, pérennisons notre site de Thalheim et renforçons l’expertise de nos équipes allemandes » explique Daniel Cintolesi, directeur général de Q-Cells en France.

Des innovations saluées par le marché

Fort de ses innovations, Q-Cells a reçu en juin dernier la certification VDE « Quality tested » pour ses modules. Mises en place par VDE (Association for Electrical, Electronic & Information Technologies), Fraunhofer ISE (Institute for Solar Energy Systems) et d’autres sociétés du secteur photovoltaïque, les procédures mesurent la fiabilité et la résistance des modules à des tests d’exposition à la chaleur et à l’humidité, qui ne doivent causer qu’une perte de rendement inférieure à 5%.

A noter également que grâce à ses innovations portant sur les cellules Q.ANTUM, issues de son département R&D, Q-Cells a réalisé cet été son quatrième record consécutif de l’année 2011 pour un module polycristallin issu de son centre de recherche allemand, qui a atteint l’efficacité record de 18,1 %, confirmée par le laboratoire indépendant Fraunhofer ISE (Institute for Solar Energy), devenant ainsi le premier module polycristallin du marché à dépasser une efficacité de 18%.

Record Mondial pour une cellule solaire silicium

La société Bosch Solar Energy annonce avoir battu un record du monde de rendement dans le domaine des cellules solaires, avec le développement de nouvelles cellules solaires grand format de type PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) dont l’utilisation est largement répandue dans l’industrie.

Le laboratoire indépendant CalLab de l’Institut Fraunhofer (Allemagne) pour les systèmes énergétiques solaires a confirmé que pour la première fois, un rendement de 19,6 % avait été atteint pour des cellules monocristallines hautes performances, à métallisation par sérigraphie, d’un format de 156 x 156 mm. Ces cellules hautes performances atteignent ainsi une puissance record de 4,73 watts/crêtes. Le rendement actuel des cellules solaires en silicium réalisées par sérigraphie est habituellement de l’ordre de 17,0 à 18,5 %.

Dans la technologie PERC, la face arrière des cellules solaires comporte un revêtement réfléchissant composé d’une couche diélectrique et d’une couche métallique, lesquelles sont dotées de contacts par points. Cette nouvelle structure améliore les caractéristiques optiques et électriques de la cellule solaire, la lumière incidente étant réfléchie sur la face arrière. La cellule peut ainsi transformer davantage de lumière en électricité. La face avant de la cellule hautes performances est elle aussi optimisée.

Bosch Solar Energy avait présenté ce concept lors de la 25ème Conférence Européenne sur l’Energie Solaire Photovoltaïque (EU PVSEC) qui s’est tenue en septembre 2010 à Valence.

La nouvelle conception de la cellule permet également d’améliorer son comportement en cas de faible rayonnement. Grâce à sa tension à vide élevée, elle présente par ailleurs un coefficient de température nettement supérieur à celui des cellules solaires classiques. Ainsi, les modules solaires composés de ces cellules délivrent une puissance proportionnellement supérieure en cas de faible rayonnement et de températures ambiantes accrues, améliorant ainsi le rendement énergétique annuel.

« C’est un très grand succès pour notre équipe de développeurs », se réjouit Volker Nadenau, Directeur Technique de Bosch Solar Energy AG, « d’autant que nous n’avons eu recours qu’à des étapes de fabrication industrielles pour la réalisation de ces cellules très performantes. Il nous faut à présent tout mettre en œuvre en vue d’un lancement rapide de la fabrication en série de ces produits, sur la base de ce concept. »

L’inauguration d’un nouveau centre de recherche et de développement dans le cadre de l’extension de ses capacités à Arnstadt (Allemagne), est prévue pour l’été 2011.

Bosch mise sur l’activité photovoltaïque, notamment en France

Le Groupe Bosch confirmait le 3 mai dernier le développement de sa production d’énergie photovoltaïque à l’échelle internationale. Dans ce contexte, le site Bosch de Vénissieux accueillera un site de production de modules photovoltaïques à la pointe de la technologie. Les lignes de production atteindront une capacité de 150 Mégawatt crête. Bosch investit plusieurs millions d’euros dans la nouvelle activité du site, dont la production débutera en janvier 2012. Plus de 200 emplois seront dédiés à l’activité photovoltaïque.

En marge de cette actualité, l’activité photovoltaïque de Bosch en France connaît un développement important, avec l’ouverture depuis janvier 2011 d’une structure commerciale au siège de Robert Bosch France à Saint-Ouen.