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Le solaire photovoltaïque à concentration : performant mais coûteux

Le solaire photovoltaïque à concentration : performant mais coûteux

Utilisant des cellules multijonctions, le photovoltaïque à concentration (CPV) peine à s’imposer face au silicium. Une meilleure compétitivité pourrait lui offrir un avenir plus radieux dans des marchés de niche.

Le CPV n’est pas mort ! » C’est par cette formule que débutait le rapport sur la technologie photovoltaïque à concentration (CPV) publié, en avril 2017, par l’Institut allemand Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires (ISE) et le Laboratoire national américain des énergies renouvelables (NREL). D’une vingtaine de mégawatts, la capacité installée en 2011 a été multipliée par six en 2012. Mais depuis, les chiffres n’ont cessé de baisser, jusqu’à retomber à quelques mégawatts en 2016, à cause de la difficulté du CPV à rivaliser avec les coûts très bas de la filière silicium.

Le CPV a pourtant des avantages certains, qui lui viennent des cellules utilisées : les multijonctions. Championnes de l’efficacité énergétique, elles sont les seules solutions opérationnelles capables de dépasser, à ce jour, les 30 % de rendement. « Elles pourraient même théoriquement atteindre 70 % avec des hypothèses favorables, affirme Kelsey Horowitz, ingénieur de recherche et analyste au NREL. Avec des hypothèses plus réalistes, nous pouvons espérer atteindre 60 %, et 50 % en pratique à plus court terme. » Pour l’instant, le record est détenu par l’entreprise française Soitec, le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) et l’Institut Fraunhofer ISE. En 2014, ils ont obtenu en laboratoire un rendement de 46 % sous concentration, grâce à une cellule à quatre jonctions.

La jonction est l’élément de base de toute cellule photovoltaïque : une superposition de deux couches d’un même matériau, dopées différemment. La filière silicium utilise une simple jonction. La couche supérieure de silicium est dopée négativement avec des atomes de phosphore incorporés pour apporter des électrons en excès. La couche inférieure est dopée positivement par l’ajout d’atomes plus pauvres en électrons, comme le bore. Il en résulte un champ électrique entre les couches, qui permet d’extraire les électrons frappés par la lumière.

Mais toutes les longueurs d’onde ne permettent pas de décrocher des électrons, certaines créent même des pertes. Pour comprendre, il faut descendre à l’échelle du noyau atomique et du nuage électronique qui l’entoure. Un matériau existe parce que ses atomes sont liés entre eux par leurs électrons. Très peu libres, ceux-ci ont des niveaux d’énergie fixes. Caractérisée par sa longueur d’onde, la lumière qui les frappe les excite et leur apporte de l’énergie. Si l’apport est suffisant, les électrons s’échappent et créent un courant. S’il est trop faible, le photon de lumière passe son chemin sans les perturber. Toutefois, si l’énergie fournie est trop élevée, l’électron est[…]

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