On distingue aujourd’hui trois grandes familles de cellules photovoltaïques entrant dans la fabrication des panneaux solaires. La première, à base de silicium, un minerai très courant, est de loin la plus répandue à ce jour. Mais d’autres technologies cohabitent au sein de la filière photovoltaïque, notamment celles utilisant du tellurure de cadmium ou encore celles élaborées à partir de séléniure de cuivre. Quels sont leurs caractéristiques respectives ? Leurs différences ? Revue de détail.

Composant essentiel dans l’élaboration des panneaux solaires, la cellule photovoltaïque a pour fonction d’absorber les particules de lumière (les photons) et de les convertir en électricité. Pour cela, elle a besoin d’un matériau semi-conducteur produit à partir d’un minerai, le plus courant étant le silicium. 

Le marché du photovoltaïque propose aujourd’hui différents types panneaux solaires dont la fabrication repose sur l’utilisation des technologies suivantes :  

• Les cellules au silicium monocristallin
• Les cellules au silicium polycristallin
• Les cellules au silicium amorphe
• Les cellules en couche mince tellurure de cadmium (CdTe)
• Les cellules en couche mince séléniure de cuivre et d’iridium (CIS)

Pourquoi le silicium est-il si répandu dans la fabrication des cellules photovoltaïques ?

Tout simplement parce que ce minerai a l’avantage de pouvoir être produit à partir d’une ressource naturelle quasi inépuisable.

On le retrouve en effet dans le sable, le schiste, le grès ou encore le quartz. Il n’est donc pas surprenant que la « filière silicium » représente aujourd’hui près de 90 % du marché mondial du panneau solaire.

Plusieurs familles peuvent être distinguées dans cellule photovoltaïque composition :

• Les cellules au silicium monocristallin (aspect uni noir)
• Les cellules au silicium polycristallin (aspect d’une mosaïque bleue)
• Les cellules au silicium amorphe

Les cellules au silicium monocristallin, caractérisées par leur couleur bleue uniforme, sont celles qui offrent actuellement le meilleur rendement sur le marché des panneaux photovoltaïques. Elles sont donc idéales pour les régions bénéficiant d’un faible taux d’ensoleillement.

Comment les reconnaitre ? C’est simple, le processus de croissance des cristaux de silicium monocristallin se faisant de façon cylindrique, les cellules ont une forme carrée avec des coins arrondis.

Quid de leur fabrication ? Les cellules au silicium monocristallin sont fabriquées à partir de feuilles de silicium monocristallin au cours d’un processus à la fois long et complexe qui explique en partie leur coût élevé. Elles sont en effet élaborées à partir d’un bloc de silicium très pur formé d’un seul cristal.

Ses principaux atouts : un rendement de l’ordre de 20%, soit plus élevé que les autres types de cellules, un bon ratio de puissance/m² (environ 150 Watt crête/m²) qui permet d’économiser de l’espace sur votre toiture, et une durée de vie moyenne de 30 ans.

Il s’agit là d’un matériau moins pur et meilleur marché que le silicium monocristallin, ce qui a largement contribué à assurer son fort développement sur le marché photovoltaïque.

Les cellules polycristallines sont facilement identifiables grâce aux formes irrégulières de ses cristaux qui apparaissent nettement à l’œil nu.

A la différence des cellules monocristallines celles-ci sont élaborées à partir de silicium refroidi mais qui, au lieu de ne former un bloc unique, se transforme en une multitude de cristaux. Cette technologie permet également un très bon rendement mais à un coût moins élevé.

Ses principaux atouts : un rendement compris entre 12 et 14%, soit légèrement inférieur à celui des modules composés à partir de cellules au silicium monocristallin. Or, le rendement est un élément déterminant dans le calcul final de la rentabilité financière d’une installation photovoltaïque.

Troisième type de cellules élaborées à base de silicium : les cellules silicium amorphe. Celles-ci sont fabriquées en vaporisant une fine couche de silicium sur du verre, du plastique souple ou encore du métal.

L’épaisseur de silicium étant nettement plus fine que celle des cellules à base de silicium monocristallin ou polycristallin les cellules au silicium amorphe sont également appelées « cellules à couche mince ».

Cette faible épaisseur lui permet d’être utilisée pour des panneaux solaires souples permettant une pose sur des surfaces et des toitures courbes.

Si ce type de cellules est moins couteux et plus facile à fabriquer, ces dernières ont cependant des rendements limités, de l’ordre de 5 à 7% (soit environ 15m² pour obtenir 1 kWc). En clair, il faut davantage de surface pour obtenir une puissance identique à celle dégagée par les cellules au silicium cristallin.

Notez que l’on retrouve encore assez peu de panneaux solaires composés de cellules au silicium amorphe. Leur utilisation est davantage sollicitée là où le besoin en électricité est minime, notamment pour l’alimentation de petits équipements solaires tel que les montres ou les calculatrices.

Il existe deux familles decellules photovoltaïques qui ne sont pas fabriquées à partir de silicium :

• Les cellules solaires couche mince au tellurure de cadmium (CdTe)
• Les cellules en couche mince au séléniure de cuivre et d’iridium (CIS).

La première utilise le tellure de cadmium, une technologie qui permet d’augmenter le rendement des panneaux solaires grâce à une meilleure capacité d’absorption de la lumière, le tout en minimisant leur coût. Seul ombre au tableau : le tellure de cadmium est potentiellement toxique pour l’environnement.

La deuxième technologie s’appuie sur un alliage de cuivre, d’indium et de sélénium (CIS) permettant là aussi une très bonne absorption de la lumière. Ces minerais son également plus faciles à se procurer que le silicium et tout aussi écologique mais pour une efficacité plus importante.

Avec de tels atouts il n’est donc pas imprudent d’affirmer qu’il existe de fortes chances pour que la grande majorité des panneaux solaires photovoltaïques soient à l’avenir fabriqués à base de cellules sans silicium en couche mince photovoltaïque.

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