Le CEA met au point le Photosil, un silicium bas-coût

Les chercheurs du CEA tentent actuellement de franchir la barre fatidique de l’euro par watt à l’échelle du module photovoltaïque et des deux euros par watt installé (prix d’investissement du système Photovoltaïque).

Pour y parvenir, deux solutions s’offrent à eux : augmenter les rendements de conversion des cellules photovoltaïques (c’est-à-dire leur capacité à récupérer et transformer la lumière reçue en électricité) et développer des processus de fabrication moins onéreux. Il est également nécessaire de réduire la contrainte liée au caractère aléatoire et intermittent de la production.

La production de silicium a du mal à suivre en raison de la mise en place insuffisante de capacités de production.

Les procédés de purification classiquement employés posent en outre des difficultés tant en termes de coût que d’énergie consommée. Entre début 2007 et fin 2008, le prix du kilogramme de silicium a ainsi triplé, passant de 40 à plus de 120 euros.

Le CEA et ses partenaires académiques et industriels de l’INES ont ainsi mis au point un procédé de purification qui pourrait donner un nouvel élan au silicium cristallin, le procédé PHOTOSIL.

Aujourd’hui, le silicium utilisé dans les cellules photovoltaïques est essentiellement issu de la technique de purification développée et mise en oeuvre au départ pour l’industrie électronique. Ce silicium de qualité électronique est extrêmement pur et permet d’obtenir de très bons rendements : sur une cellule solaire monocristalline (le nec plus ultra en termes de rendement), ils peuvent ainsi monter jusqu’à 20%, et jusqu’à 17% sur un tirage polycristallin, un peu moins onéreux. Mais la contrepartie n’est pas négligeable. Outre son coût élevé, la purification du silicium de qualité électronique s’effectue au moyen de procédés chimiques relativement consommateurs en énergie et émetteurs de gaz à effet de serre, ce qui est préjudiciable au bilan carbone de la filière.

Une plaque de silicium monocristallin est composée d’un seul cristal de grande dimension. Elle est d’un bleu uniforme. Le silicium polycristallin est d’aspect bleuté également mais on distingue des motifs créés par les différents cristaux. Pour un kWattheure, la quantité de CO2 produite par ces opérations de purification est supérieure à celle qui est générée par le nucléaire.

Pour capter la lumière et produire de l’électricité, un silicium aussi pur que celui utilisé en électronique n’est pas indispensable. La solution que le CEA-Liten développe avec ses partenaires (CNRS, FerroPem, Apollon SOLAR) consiste à purifier « juste ce qu’il faut » par une voie métallurgique un silicium très bas coût employé pour réaliser des alliages métalliques ou obtenir des colles silicones.

Ce procédé original devrait permettre de commercialiser du silicium de qualité solaire à des prix beaucoup plus attractifs, d’environ 25 €/kg. Ce projet, baptisé PHOTOSIL, a été initié en 2007 et consiste à éliminer certaines impuretés notamment le bore par une torche à plasma mis au point par le CNRS.

Le CEA met au point le Photosil, un silicium bas-coût

[La purification du silicium par un procédé dit de torche à plasma]

PHOTOSIL a d’ores et déjà permis d’obtenir des résultats très prometteurs. Une étape importante a été franchie début 2008 avec la validation des différentes étapes de ce procédé dont l’étape dite « plasma » sur des lots de plus de 50 kg de silicium.

Les temps de purification du minerai de silicium ont été divisés par deux (le temps nécessaire pour éliminer le bore dans le silicium en fusion est ainsi passé à moins de 3 heures). Ce gain de temps est un élément essentiel en termes de productivité du four et par là, de viabilité économique du procédé.

  • Les niveaux de purification atteints sont satisfaisants avec des concentrations résiduelles en bore avoisinant 1 ppmw.
  • Les objectifs de prix de revient sont remplis puisque potentiellement les lingots de silicium issus de ce procédé coûtent environ deux fois moins cher que ceux de qualité électronique.
  • Le silicium obtenu grâce au procédé Photosil est parfaitement adapté au photovoltaïque avec des rendements de conversion de plus de 15% obtenus fin 2008 sur ce matériau (la cible pour être viable économiquement est un rendement de 14%).

La technologie de purification PHOTOSIL devrait permettre de faire baisser les coûts des systèmes photovoltaïques d’environ 25%. Elle devrait être très prochainement industrialisée.

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16 Commentaires sur "Le CEA met au point le Photosil, un silicium bas-coût"

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Bidagre
Invité
Enfin un papier objectif sur les couts du photovoltaïque ! L’introduction de ce papier, pourtant pro-PV, est sans appel : la moitié du cout provient de l’installation (electronique de raccordement + pose j’imagine). Aucune rupture technologique ne fera baisser cette part du cout. Le PV, de part sa très faible densité qui impose ces couts d’installation élevé, est limité à rester dans sa niche ! Même avec un cout des panneaux nul, le cout restera à 1€/W installé. Soit la moitié du cout du W installé nucléaire par exemple. Comme la production annuelle (Wh/W) est au mieux 5 fois inférieure… Lire plus »
Philoo
Invité

Le coût de l’installation est lui aussi réductible : de nouvelles façons de poser de nouveaux matériaux (pose en rouleau, comme de la moquette…), des surfaces plus grandes pour réduire les coûts de déplacement. Mais, bien sûr, tout travail méritant salaire, il existe des limites incompressibles, et effectivement, le solaire restera une production “de niche”. Mais son but n’est pas de remplacer le nucléaire… Pensons complémentarité !

fredhu
Invité
Merci Bidagre, vous mettez le doigt sur le fond du problème (du moins, MON problème …) On peut, la bouche en rond, se contenter d’affirmer que le solaire (ou l’éolien, ou les vagues, ou la bouse de vache) est LA solution: cela ne coûte rien en pétrole ou en nuk, DONC c’est vert et efficace. Yaka en mettre partout, yaka tout faire avec … Sauf que … c”est pas du tout réaliste. Ben oui, cela nécessite quand même une énergie et de la pollution à la production. Je ne rentre pas dans la problèmatique du coût d’installation, il s’agit au… Lire plus »
fredhu
Invité
Oui, Philoo, le solaire ne remplacera pas le nuk et le charbon. … Pas du jour au lendemain, du moins. Production “de niche” ? Juste un choix: dépendre presque totalement de sources d’énergie “finies”, ou, petit à petit, se doter des moyens d’agrandir la niche”. Aujourd’hui, le solaire représente kek % (d’autres ont les chiffres exacts), comme l’éolien et le reste. Mais la recherche progresse, lentement, rien de révolutionaire. Et n’a t’il pas fallut quelques décennies et une bonne guerre et quelques expériences bien dégueulasse pour mettre au point les premières nuks ? Vous avez raison, … mais pour combien… Lire plus »
Nonono
Invité
Sur les coûts d’installation. Quand on remplace une toiture, on a déjà des coûts d’installation. Si les matériaux utilisés produisent de l’énergie, le coût marginal d’installation de matériaux producteurs est très faible. Donc ça vaut le coup de faire baisser les coûts de production des dits matériaux.   Sur la complémentarité, etc… Oui bien sûr vive la complémentarité. Et vive le kWh non consommé en passant directement aux diodes pour l’éclairage par exemple. J’en ai déjà vu, ça existe. A l’inverse, les petites diodes témoin qui envahissent nos appareils, elles ont une facheuse tendance à se multiplier chez moi en… Lire plus »
Momo
Invité

OK pour ttes ces bonnes resolutions individuelles …. Mais ne pas oublier qu’on est 80 millions d’humains supplementaires ( deduction faite des DCD …. ) chaque annee qui passe …. et pour encore un bon bout de temps ( sauf maga-cataclysme ) … Mais que cela n’empeche pas de penser et d’agir ….en restant realiste quant a l’impact tres relatif de son action sur le global …

Thomas lecetace
Invité
Bonjour, En réaction au post de fredhu “Hop, on retourne la situation: peu importe si le matériaux X est super-abondant, s’il faut des gigawatts pour l’extraire et le transformer en truc à produire quelque kilowatts, c’est pas vraiment sensé. ” Je pense qu’on ne peut baser un argumentaire sur ce type de contrevérité! Un panneaux photovoltaïque compense son empreinte Carbonne (production+transport+…) en 2 années de production d’Energie. Les panneaux étant garantis au minimum 25 ans à 80% de leur capacité initiale, on peut en conclure qu’ils produiront minimum 10 fois plus d’énergie qu’ils n’en ont consommé pour leur fabrication. De… Lire plus »
fredhu
Invité
Mais je suis tout à fait d’accord avec vous ! Mon propos (même si je n’ai pas la place ou la manière de le rendre suffisamment précis) est de souligner, avec ces “retournements”, le fait que toute info, surtout glanée sur internet, est belle et bien … non crédible. Je n’ai, hélas, pas le temps ni la volonté de précision de noter chacune des sources que je cite. J’admets là que mon opinion ne vaut donc pas plus que celle prononcée par d’autres “hurleurs” qui assennent uniquement avec vigeur leur Vérité. Mon coup de griffe sur le coût énergétique des… Lire plus »
moise44
Invité
Les panneaux actuels ont un rendement tout autre. Ils “remboursent” leur empreinte carbonne en 2 ans! Et ca ce sont des chiffres actuels. Citer vos sources SVP ! Parce que 20 % de rendement en cellules monocristalline, c’est déja du militaire et / ou du spatial ! 6% du territoire français dites vous, alors il siffit de couvrir tous les toits français mais les règles d’urbanisme ne vous laisseront pas faire ! Et même si vous arrivez a compenser les nuages par le dispatching des installation, c’est quand même une energie non produite ! Et puis la nuit, vous faites… Lire plus »
moise44
Invité
Les panneaux actuels ont un rendement tout autre. Ils “remboursent” leur empreinte carbonne en 2 ans! Et ca ce sont des chiffres actuels. Citer vos sources SVP ! Parce que 20 % de rendement en cellules monocristalline, c’est déja du militaire et / ou du spatial ! 6% du territoire français dites vous, alors il siffit de couvrir tous les toits français mais les règles d’urbanisme ne vous laisseront pas faire ! Et même si vous arrivez a compenser les nuages par le dispatching des installation, c’est quand même une energie non produite ! Et puis la nuit, vous faites… Lire plus »
enerZ
Invité

Merci de ne pas mettre d’image dans les POST… Le modérateur

moise44
Invité

dommage, cette image etait aussi un lien ! sans compter que c”st quand meme compliqué de poster sur votre site !

enerZ
Invité

Vous pouvez mettre une référence de livre si vous désirez, même sans être inscrit. Mais les liens à vocation publicitaire seront irrémédiablement effacés… 

Koko
Invité

Le cout d’installation peut-être nul ou faible si l’installation de la toiture solaire est prévu à l’origine… De toute façon le réchauffement climatique ou même la gestion des déchets nucléaires et la déconstruction des centrales ont aussi un cout non négligeable, sans compter bien sûr l’impact de l’énergie nucléaire sur l”environnement, les populations, les problèmes d’approvisionnement en combustible. Pour le stockage il y a la solution de l’hydrogène ou des retenues d’eau mais encore faut-il qu’il y ai une volonté politique importante pour qu’elle soit mise en oeuvre comme l’exemple de la construction du parc nucléaire Français 😉 .

helios
Invité

Pour rajouter une dimension au débat, je voulais ajouter en ce qui concerne l’empreinte carbone des panneaux, qu’elle dépend largement du mix énergétique du pays où ils ont été produits. Entre un panneau fabriqué en Chine à partir d’une énergie où le charbon prédomine (environ 70% de la production électrique assurée par des centrales au charbon) puis importé en Europe et un autre fabriqué et utilisé en France par exemple avec une électricité à 80% d’origine nucléaire le bilan carbone n’est pas du tout le même.

Pedry 003
Invité

Mon désir c’est devinir membre de la CEA. Merci