Suppression des effets de dégradation sous éclairement du rendement des cellules photovoltaïques au silicium solaire – BOLID

L’industrie photovoltaïque (PV) connaît depuis une quinzaine d’années une très forte croissance. Cette industrie est dominée par la filière du silicium cristallin. Toutefois, pour que cette industrie reste compétitive, il est indispensable de diminuer le coût de production des modules PV, ainsi que d’élargir les sources d’approvisionnement en silicium. Également il est important de diminuer l’impact environnemental de cette filière (bilan carbone, émission d’agents polluants), puisque cet aspect sera de plus en plus pris en considération. Ces trois objectifs peuvent être atteints par l’utilisation de charges de silicium solaire, à bas coût, purifiées par des voies métallurgiques. Ces nouvelles solutions alternatives de purification du silicium sont à l’étude dans de grandes sociétés mondiales (ELKEM,Dow Corning) et en France au travers du consortium PHOTOSIL. Ces nouveaux procédés de purification permettent l'obtention de coûts complets de production inférieurs à 15 €/kg pour la charge de silicium, et permettent l'obtention de cellules avec des rendements de conversion voisins de 16%.
Toutefois, les charges obtenues par purification métallurgique contiennent des concentrations bien plus élevées en espèces dopantes (bore, phosphore et aluminium) et en éléments légers (oxygène, carbone, azote) que les charges purifiées par voie chimique. En particulier ce silicium est très sensible à la formation sous éclairement de complexes associant le bore et l’oxygène, qui sont à l’origine de dégradations très conséquentes du rendement de conversion, entre 0,5% et 2% absolu ! Outre la perte en puissance énergétique qui rend du point de vu économique l’utilisation d’un matériau bas coût peu crédible, cette dégradation affecte « l’image commerciale » de ces cellules. Ainsi cette dégradation constitue actuellement le principal verrou concernant une industrialisation pérenne des nouvelles filières de production du silicium par voie métallurgique. Il est donc indispensable de mettre en place des procédés innovants, transférables à l’industrie, permettant de supprimer ces diminutions sous éclairement du rendement de conversion. Ceci constitue la finalité du projet BOLID. L'atteinte de ces objectifs nécessite un travail scientifique et technique de haut niveau, afin de mieux comprendre la spécificité des effets de LID (pour "light-induced-degradation") dans ce nouveau matériau, et surtout pour développer des procédés "d' ingéniérie des défauts" innovants, efficaces et transférables à l'industrie, pour supprimer les effets délétères des complexes bore-oxygène sur les performances des cellules.
La réussite du projet BOLID facilitera l'essor industriel de ces nouveaux procédés de purification par voie métallurgique du silicium. Également, la réussite du projet BOLID permettra aux fabricants industriels de cellules de réduire les coûts de fabrication de leurs modules, en leur permettant d'utiliser des charges bas coûts, purifiées par voie métallurgique, tout en facilitant les problèmes d'approvisionnement en silicium charge. Du point de vu environnemental, la réussite du projet BOLID ,en permettant l'essor industriel de procédés de purification moins polluants, et aux installations industrielles moins dangereuses que les procédés de purification par voie chimiques, diminuera l'impact environnemental du procédé de fabrication des modules PV, et leur temps de retour en énergie.