Progrès récents dans la technologie des panneaux solaires

Le photovoltaïque se décompose en trois générations et est divisé en différents sous-types en fonction de leurs propriétés matérielles. Les première et deuxième générations de cellules présentent des problèmes liés aux coûts de production élevés et à une efficacité moindre.

Dr. Raj Shah, Mme. Salowa Siddique, Mme. Mrinaleni Das | Koehler Instruments

Depuis le début de la révolution industrielle, les gaz à effet de serre augmentent rapidement en raison des émissions de dioxyde de carbone fossile. En 2020, la Chine, l'Inde, les États-Unis, le Japon et d'autres économies émergentes sont restés les plus grands émetteurs de dioxyde de carbone au monde. Ensemble, ils représentent 49,5 % de la population, 61,8 % du produit intérieur brut mondial, 65,2 % de la consommation mondiale totale de combustibles fossiles (BP, 2021(3)) et 66,7 % des émissions mondiales totales de dioxyde de carbone fossile [1]. Avec la prise de conscience croissante du changement climatique, l’importance de la transition vers des sources d’énergie plus propres et plus durables s’est accrue. En plus de présenter une combinaison d'avantages économiques, environnementaux et sociaux, l'énergie solaire n'émet pas de gaz à effet de serre ni de sous-produits nocifs, ce qui la rend plus demandée. L'énergie solaire semble beaucoup plus viable que les nombreuses options d'énergie renouvelable disponibles en raison de son abondance, de sa variabilité régionale, de son approvisionnement continu en énergie, de la réduction des émissions de dioxyde de carbone et du moindre coût de production d'électricité [1]. Ainsi, le marché de l’industrie de l’énergie solaire a augmenté.

Au fil des années, des progrès ont été réalisés dans la technologie de l’énergie solaire. Les améliorations et l’adaptation généralisée signifient que l’énergie solaire est moins chère et plus efficace. Aux États-Unis, environ 4 % de la production totale d’énergie provient de l’énergie solaire, soit près de 80 fois plus qu’il y a dix ans. Elle représente 54 % de toute la nouvelle capacité de production. En conséquence, l’industrie solaire s’est fixé pour objectif d’atteindre 30 % de la production totale d’énergie d’ici 2030 [2]. Actuellement, les États-Unis sont le deuxième producteur mondial d'énergie solaire, avec une capacité installée de 108,7 GWdc (2021). Depuis 2008, la production d’énergie solaire est passée de 0,34 à 62,4 GWdc, soit une multiplication par 75 en moins d’une décennie [3]. Les États-Unis sont en train de devenir l'un des principaux producteurs d'énergie solaire et cet article discute des perspectives d'avenir du futur marché solaire sur la base de statistiques récentes. Cet article met également en lumière l'importance croissante de l'énergie solaire et l'atteinte de zéro émission nette d'ici 2050. Les États-Unis sont classés en cinq niveaux en fonction de leur potentiel solaire à l'aide d'un processus de hiérarchie analytique et d'une analyse de régression [3]. La figure 1 montre le mix énergétique aux États-Unis à partir de 2019 et on peut observer que les combustibles fossiles restent dominants. Cependant, les projections montrent que l’énergie solaire représentera 48 % de la production d’énergies renouvelables en 2050, contre 9 % actuellement [3].

Figure 1 : Sources d'énergie primaires aux États-Unis (2019) [3].

Le photovoltaïque est devenu un contributeur majeur à la transition énergétique en cours, mais de nombreuses améliorations sont nécessaires pour atteindre un rendement plus élevé et réduire les pertes optiques, quantiques et électriques des cellules solaires. La réduction des pertes de toute nature nécessite des méthodes différentes, souvent avancées, de fabrication de cellules et de modules photovoltaïques. Le photovoltaïque se décompose en trois générations et est divisé en différents sous-types en fonction de leurs propriétés matérielles. Les première et deuxième générations de cellules présentent des problèmes liés aux coûts de production élevés et à une efficacité moindre. Par exemple, les cellules solaires monocristallines de la première génération sont relativement plus chères que les cellules polycristallines. Et l’un des principaux inconvénients des cellules photovoltaïques au silicium amorphe est qu’en laboratoire, le rendement maximum atteint est d’environ 12 %. La valeur se dégrade largement à l'échelle commerciale qui se situe entre 4 à 6 % [4]. Les cellules de troisième génération, qui comprennent des cellules solaires sensibilisées aux colorants, ont suscité beaucoup d'attention et les tendances en matière d'efficacité montrent que l'efficacité augmentera dans les années à venir.

Cellules solaires sensibilisées aux colorants (DSSC) : les DSSC sont une sous-classe de cellules solaires à couches minces et constituent une excellente alternative aux cellules solaires au silicium en raison de leur processus de production moins compliqué et n'entravent pas les applications urbaines ou commerciales. Il peut récolter efficacement la lumière, réduire les réactions de recombinaison, améliorer la capacité de transport de charge et augmenter la capture des colorants. Un diagramme schématique d'un DSSC est présenté ci-dessous dans la figure 2.