Réduire la quantité d’argent utilisée pour la fabrication de cellules photovoltaïques

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Le CEA-INES (Institut national de l’énergie solaire) a travaillé sur la quantité d’argent déposé lors de la métallisation des cellules, afin de l’optimiser. Selon le centre de recherche, le déploiement du solaire à grande échelle, et la pérennité de l’industrie photovoltaïque, demandent en effet d’améliorer encore l’empreinte environnementale des technologies. Or, l’un des enjeux est de réduire la consommation de certains matériaux tel que l’argent, ce qui a aussi un effet positif sur la compétitivité de cette industrie.

La feuille de route technologique mondiale de l’ITRPV indique les améliorations attendues et l’évolution du marché dans les années à venir, axe par axe technologique, marché par marché. Elle évalue à 165 mg la masse d’argent déposée actuellement sur les cellules à hétérojonction de format M6 (166×166 mm²), soit l’équivalent de 147 mg en format M2 (156,75×156,75 mm²). Elle indique également un rendement de 24,5 % pour ces cellules en 2022, ce qui représente une puissance de 5,98 W par cellule de format M2, et un ratio de quantité d’argent consommé par watt de 24,58 mgAg/W.

Les experts de la métallisation du CEA ont ainsi démontré la possibilité de réduire la largeur des lignes de métallisation, réalisées par sérigraphie, en utilisant des écrans aux ouvertures plus fines que le standard, tout en s’assurant du transfert de la pâte argent et d’une faible résistance de ligne. Ceci a nécessité un travail conséquent d’optimisation du procédé.

Mesures des largeurs des lignes de métal au microscope

Image : CEA

Ils ont pour cela réalisé des cellules à hétérojonction, format M2 – 6 busbars, avec une consommation de matière inférieure aux valeurs estimées dans la feuille de route internationale ITRPV 2022. La réalisation du procédé de dépôt par sérigraphie avec des écrans ayant des ouvertures aussi fines peut générer de mauvais transferts de pâte d’argent, et donc conduire à d’importantes pertes en rendement s’il n’est pas optimisé. Mais le rendement des cellules obtenues après la réduction d’argent est resté de bon niveau, avec une perte de -0,08% absolu par rapport aux cellules de référence CEA.

Le ratio argent consommé par watt atteint est donc de 19,2 mgAg/W au lieu de 24,58 mgAg/W (ITRPV 2022) – ce qui est le niveau de consommation de matière attendu par la communauté internationale à l’horizon 2026 pour cette technologie. Une telle performance n’est pas prévue en production avant 2029, toujours selon l’ITRPV2022, ce qui place le CEA à l’état de l’art des procédés de métallisation par sérigraphie appliqués à la cellule à hétérojonction. Le CEA cherche également à remplacer l’argent pas d’autres conducteurs tout en assurant leur compatibilité avec l’assemblage en modules photovoltaïques fiables et durables.

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