Fabrication des cellules et assemblage des modules

Maintenant que le processus de fabrication des plaques de Silicium est un point eclairci (du moins nous l'esperons), nous allons vous expliquer comment l'on passe de ces plaques de Silicium aux panneaux solaires. Fabrication des cellules, assemblage, raccordements ; voici le sommaire de notre article.

La fabrication des cellules

Une fois les plaques de Silicium formees et découpées, le but de la prochaine étape est d'exploiter les propriétés semi-conductrices du matériaux et de transformer l'énergie lumineuse en énergie électrique. L'effet photovoltaïque, que nous vous détaillions dans un précédent article (lien) consiste en un transfert d'énergie des photons de la lumière aux électrons du silicium qui leur permet de se déplacer. On attire alors ces électrons hors du matériau via une électrode de collecte reliée au circuit électrique extérieur. Alors comment on s'y prend?

Le principe est de créer différentes couches pour amener le courant électrique à sortir de la plaque et alimenter le réseau. Nous allons voir comment sont confectionnées ces différentes couches.

• Décapage : les plaques p dopées en bore lors de la cristallisation sont décapées dans un bain chimique afin d'éliminer les défauts superficiels créés lors du processus de sciage des plaques.
• Texturation : On texture la surface en petites pyramides ou en entonnoirs afin d'améliorer la collecte des photons en réduisant la réflexion. Cette étape peut également être réalisée grâce à un bain chimique.
• Dopage : la zone dopée n est formée par diffusion thermique de phosphore réalisée à l'aide d'un four à passage chauffé à une température se situant entre 800°C et 900°C. Sous l'effet de la chaleur une couche résiduelle de silicate de phosphore se forme que l'on retire par la suite par bain chimique.
• Retrait des bords de plaque : la couche n + est ensuite retirée des bords de plaque pour séparer l'émetteur et la face arrière.
• Couche antireflet : une couche antireflet est déposée sur la face avant qui permet également d'améliorer la conductivité des cellules en limitant les recombinaisons entre charges ( i.e. les réactions entre électrons à l'intérieur du silicium qui ne servent donc pas à créer un courant électrique)
• Dopage du champ face arrière (p+) : il est dopé par diffusion d'aluminium. Cette face sert également de conducteur ohmique avec l'électrode arrière.
• Métallisation : les contacts électriques sont déposés. Sur la face avant il s'agit d'un contact en sérigraphie d'argent qui va former l'électrode - et sur la face arrière, d'un contact en sérigraphie d'aluminium (électrode +).

La cellule est désormais construite. Une dernière étape va consister à tester les cellules électriquement afin de connaître leurs caractéristiques électriques. Un tri des cellules est alors effectué qui va permettre l'optimisation de leur assemblage.

L'assemblage en modules

Etant donné la fragilité et la sophistication des cellules photovoltaïques, les modules servent en premier lieu à les protéger de l'environnement extérieur.

Mais ils jouent également un rôle dans l'optimisation de leur performance en limitant les pertes optiques et en évitant l'échauffement des cellules qui amenuise leur rendement.

1ère étape : Le raccordement des cellules, qui consiste à les raccorder en chaîne puis à les interconnecter afin de créer une matrice.

2ème étape: L'encapsulation. Les cellules sont mises entre une couche de verre (face avant) et une couche de tedlar (face arrière). Ce procédé est réalisé par laminage à chaud.

3ème étape : L'encadrement. Il s'agit tout bêtement de réaliser un cadre pour le module. Cette étape n'est pas obligatoirement réalisée.

4ème étape : Connexion des boîtes de jonction. Des boîtes de jonction sont ajoutées qui contiennent des diodes de protection et qui permettent le raccordement du module au réseau électrique.

Comme pour la cellule, un test est ensuite effectué sous lumière artificielle calibrée pour déterminer les caractéristiques électriques exactes du module.