Du Silicium aux panneaux solaires: quel processus de transformation ?

La fabrication d'un panneau photovoltaique suit differentes etapes. Il s'agit dans un premier temps d'elaborer du Silicium de grade solaire utilisable pour former des plaques de Silicium. Vient ensuite la fabrication des cellules en elles-memes, leur assemblage en modules et la composition d'une installation finale avec sa structure porteuse, ses differents composants electriques et electroniques. C'est sur les premieres etapes de transformation du Silicium, matiere premiere de 90% des panneaux photovoltaiques, que nous entendons vous eclairer aujourd'hui. Prets pour un peu de chimie?

CHAINE DE PRODUCTION

Le Silicium est tire de la Silice, que l'on trouve abondamment dans la nature, dans le quartz ou dans le sable. Le procede le plus repandu consiste a extraire le silicium du quartz pour creer du Silicium metallurgique qui sera ensuite purifie pour donner du Silicium de grade solaire. Ce dernier est par la suite coule en lingots desquels sont tirees les plaques de Silicium avec lesquelles sont faites les cellules.

ETAPES DE RAFFINAGE DU SILICIUM

De la Silice au Silicium Metallurgique

Le Silicium est donc obtenu a partir de la Silice (SiO2) contenue dans le quartz par reduction carbothermique effectuee dans un four a Arc.

Il s'agit en fait d'extraire l'oxygene de la Silice (SiO2) en chauffant le quartz avec des especes contenant du carbone comme la houille par exemple. Ces especes carbonees sous l'effet de la chaleur vont se combiner avec l'oxygene du quartz pour former du monoxyde de carbone (CO) puis du dioxyde de carbone (CO2). La chaleur necessaire a la reaction est fournie par les arcs electriques crees par des electrodes contenues dans le fameux four. A la fin de ce processus on obtient du Silicium Metallurgique (MG Si) qui n'est pas encore exploitable pour la creation de panneau solaire.

Purification du Silicium Metallurgique

Il est necessaire de purifier le Silicium metallurgique afin d'obtenir un Silicium de grade solaire utilisable pour la fabrication des cellules. Cette purification peut se faire de differentes manieres mais la voie chimique est la plus repandue.

On utilise en principe du Chlore du fait de la forte attraction des atomes de Silicium et des ions chlorures (Cl-). Ces composes sont purifies ensuite par distillation et decomposition thermique.

CRISTALLISATION ET FORMATION DES PLAQUES

Le Silicium solaire ou polycristallin obtenu lors de la precedente etape va etre ensuite fondu et re-solidifie en lingots. C'est dans ces lingots que l'on decoupe finalement les plaques de silicium qui serviront a fabriquer les cellules. En effet, c'est lorsque le silicium est en fusion que les produits dopants sont ajoutes afin qu'un courant electrique se forme au sein des cellules.

C'est aussi lors de cette etape que se cree la distinction entre panneaux monocristallins et polycristallins.

Le silicium monocristallin est constitue d'un seul cristal ; on procede a un etirage pour former un lingot cylindrique a partir d'un mono-cristal souche (Procede CZ).

Le Silicium polycristallin est quant a lui forme d'une mosaique de cristaux obtenus par coulage dans une lingotiere et par un refroidissement lent.