Les panneaux de silicium amorphe sont formés en déposant en phase vapeur une fine couche de silicium - d'environ 1 micromètre d'épaisseur - sur un substrat tel que le verre ou le métal. Le silicium amorphe peut également être déposé à très basse température, jusqu'à 75 degrés Celsius, ce qui permet également un dépôt sur du plastique.
Dans sa forme la plus simple, la structure cellulaire a une seule séquence de couches de broches. Cependant, les cellules monocouches souffrent d'une dégradation significative de leur puissance de sortie (de l'ordre de 15 à 35 %) lorsqu'elles sont exposées au soleil. Le mécanisme de dégradation est appelé effet Staebler-Wronski, du nom de ses découvreurs.
Une meilleure stabilité nécessite l'utilisation de couches plus minces afin d'augmenter l'intensité du champ électrique à travers le matériau. Cependant, cela réduit l'absorption de la lumière, donc l'efficacité des cellules. Cela a conduit l'industrie à développer des dispositifs en tandem et même à triple couche qui contiennent des cellules à broches empilées les unes sur les autres.
L'un des pionniers du développement de cellules solaires utilisant du silicium amorphe est Uni-Solar. Ils utilisent un système à triple couche (voir l'illustration ci-dessous) qui est optimisé pour capturer la lumière du spectre solaire complet).
Comme vous pouvez le voir sur l'illustration, l'épaisseur de la cellule solaire n'est que de 1 micron, soit environ 1/300ème de la taille d'une cellule solaire en silicium monocristallin.
Alors que le silicium cristallin atteint un rendement d'environ 18%, le rendement des cellules solaires amorphes reste à environ 7%. Le faible taux d'efficacité est en partie dû à l'effet Staebler-Wronski, qui se manifeste dans les premières heures lorsque les panneaux sont exposés au soleil, et se traduit par une diminution du rendement énergétique d'un panneau de silicium amorphe de 10 % à environ 7 %. .
Un chercheur allemand de l'Université de technologie de Delft a démontré comment augmenter la production d'énergie des panneaux solaires en silicium amorphe d'environ 7 à 9 %. Dans sa recherche doctorale, Gijs van Elzakker a étudié des adaptations dans les processus de production de modules en silicium amorphe pour augmenter la production sans aucun coût supplémentaire en utilisant le gaz silane pour réduire l'effet Staebler-Wronski.
Ce n'est qu'une approche à l'essai aujourd'hui. L'efficacité du stratifié d'UniSolar est actuellement de 8,2 % ; cependant, d'ici la fin du printemps 2011, la société s'attend à être à 10 % en utilisant sa technologie à triple revêtement / triple jonction.
En misant sur des améliorations en matière de piégeage de la lumière, de dépôt à haut débit et d'une technologie HybridNano, Uni-Solar s'attend à être en mesure de porter son efficacité de conversion à 12% d'ici 2012 et pense avoir le potentiel d'atteindre 20+% pour sa gamme de produits .
Le principal avantage des cellules solaires en silicium amorphe est leur faible coût de fabrication, ce qui rend ces cellules très compétitives en termes de coût.
L'un des principaux avantages de l'a-Si par rapport au silicium cristallin est qu'il est beaucoup plus uniforme sur de grandes surfaces. Le silicium amorphe étant naturellement plein de défauts, tout autre défaut, comme les impuretés, n'affecte pas trop les caractéristiques globales du matériau.
Le silicium amphore peut être produit dans une variété de formes et de tailles (par exemple, rond, carré, hexagonal ou toute autre forme complexe. Cela en fait une technologie idéale à utiliser dans une variété d'applications telles que l'alimentation de calculatrices électroniques, de montres solaires, de jardin lumières, et pour alimenter les accessoires de voiture.Les petites cellules solaires utilisées dans les calculatrices de poche sont fabriquées avec du a-Si depuis de nombreuses années.
Contrairement aux cellules solaires cristallines dans lesquelles les cellules sont séparées et recombinées, les cellules en silicium amorphe peuvent être connectées en série en même temps que les cellules sont formées, ce qui facilite la création de panneaux dans une variété de tensions (par exemple, pour une utilisation dans l'énergie solaire chargeurs de batterie).
L'œil humain est sensible à la lumière avec des longueurs d'onde de 400 nm à 700 nm. Étant donné que les cellules solaires en silicium amorphe sont sensibles à la lumière avec essentiellement les mêmes longueurs d'onde, cela signifie qu'en plus d'être utilisées comme cellules solaires, elles peuvent également être utilisées comme capteurs de lumière (par exemple, lumières de capteur extérieures, etc.).
Certains panneaux solaires amorphes sont également dotés d'une technologie résistante à l'ombre ou de plusieurs circuits dans les cellules, de sorte que si une rangée entière de cellules est soumise à un ombrage complet, le circuit ne sera pas complètement rompu et une certaine sortie peut toujours être obtenue. Ceci est particulièrement utile lors de l'installation de panneaux solaires sur un bateau.
Le processus de développement des panneaux solaires a-Si les rend également beaucoup moins susceptibles de se briser pendant le transport ou l'installation. Cela peut aider à réduire le risque d'endommager votre investissement important dans un système photovoltaïque.
Un autre avantage principal de ce type de technologie est une plus grande résistance à la chaleur. Selon une étude NREL de quatre ans, il a été observé que les modules photovoltaïques en silicium amorphe obtiennent des résultats plus élevés à mesure que les températures augmentent.
Comme mentionné précédemment, ces panneaux ont un rendement inférieur à celui des cellules solaires monocristallines, voire des cellules solaires polycristallines. Les tentatives pour augmenter l'efficacité, telles que la construction de cellules multicouches ou l'alliage avec du germanium pour réduire sa bande interdite et améliorer encore l'absorption de la lumière ont toutes une complexité supplémentaire. À savoir, les processus sont plus complexes et les rendements des processus sont susceptibles d'être inférieurs et les coûts sont susceptibles d'être plus élevés en conséquence - réduisant ainsi l'avantage de coût de ce type de cellule solaire.
La durée de vie attendue des cellules amorphes est plus courte que la durée de vie des cellules cristallines, bien que sa durée soit difficile à déterminer, d'autant plus que la technologie continue d'évoluer. A la lecture de la littérature, il apparaît que la durée de vie attendue est encore de l'ordre de 25 ans environ. Par exemple, Uni-Solar offre la garantie de performance suivante sur ses panneaux de 144 Wc : 92 % à 10 ans, 84 % à 20 ans, 80 % à 25 ans (de puissance minimale).
Sanyo a développé une cellule solaire hybride en appliquant des revêtements de silicium amorphe sur une cellule solaire monocristalline (voir schéma ci-joint). Ils appellent cela une cellule solaire HIT, et elle a un taux d'efficacité de 20,2%.
Selon IMS Research , Sanyo s'est classée au 10e rang en termes de MW de panneaux solaires produits au premier trimestre 2010, en grande partie grâce à la popularité de sa technologie de cellules solaires hybrides.
Outre le rendement élevé, ces cellules tirent parti des performances élevées du silicium amorphe à des températures plus élevées (supérieures à 25 °C), ce qui fait que Sanyo affirme que les cellules produisent environ 10 % d'électricité en plus lorsque les températures augmentent que les cellules au silicium monocristallin. ce qui les rend intéressants si vous vous trouvez dans un endroit où les températures dépassent fréquemment 25˚C (les températures de fonctionnement vont de –20˚C à 46˚C).
Remarque : Alors que la plupart des fabricants de panneaux spécifient que les performances des panneaux vont de –5% / +5%… Sanyo garantit une performance de 100% (c'est-à-dire -0%/+10%) au moment de la livraison.
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