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br> Dans les cellules solaires, les solutions silicium représentent toujours la meilleure technologie en terme de rendement de conversion : ce dernier atteint actuellement quelque 18% pour les architectures à homojonction, et autour de 22% pour les approches à hétérojonction ; la part de marché des cellules silicium reste encore très majoritaire (plus de 80%) même si elle décroît lentement au profit des cellules couches minces.

La structure de coûts a été réduite avec l'augmentation des capacités de production et l'utilisation de procédés novateurs tout au long de la filière (taille des lingots de silicium, sciage à fil, ...). Les soucis de pénurie de silicium ont été résorbés par d'importants investissements dans des capacités de production de silicium cristallin et de silicium métallurgique amélioré de grade solaire. L'Ines a, par exemple, développé le procédé Photosil, une voie de purification par plasma qui permet d'obtenir des cellules avec un rendement de conversion de 15,5%.

Pour la fabrication des lingots de silicium, deux techniques moins coûteuses sont venues compléter le procédé de tirage vertical de Siemens. Il s'agit du procédé en coulée continue mis au point par Emix, et du procédé de tirage en lame mince ou en ruban, en production chez Evergreen Solar et Solarforce. La réduction des coûts se poursuit avec la diminution de la quantité de silicium par cellule, par le sciage en tranches plus minces (jusqu'à une certaine limite) ou encore par la recristallisation de films de silicium de 20 µm d'épaisseur sur un autre support.

Enfin, de nouvelles architectures de cellules (hétérojonction, report des contacts sur la face arrière) pour augmenter les rendements de conversion ou encore des méthodes d'encapsulation automatisée des modules visent à réduire les coûts systèmes.

Créée il y a 18 mois en partenariat entre Photowatt (40%), le CEA-Liten (20%) et EDF Energies Réparties (40%), PV Alliance est une jeune pousse qui a pour vocation d'accélérer le processus d'innovation dans la fabrication de cellules solaires ; elle coordonne le programme de R&D intitulé Solar Nano Crystal (budget de 129 M€ sur 5 ans en partenariat avec Oséo) et 7 programmes complémentaires (budget de 94 M€ sur 5 ans en partenariat avec les collectivités locales, le Conseil Général de l'Isère et la Région Rhône-Alpes).

Le projet Solar Nano Crystal regroupe 7 partenaires couvrant toute la chaîne de valeur depuis la production de silicium jusqu'à la fabrication de panneaux photovoltaïques : Ferropem, Silicium de Provence, Emix, CNRS, CEA-Liten, Appolon Solar et PV Alliance. Il a deux objectifs : une filière low-cost pour la production de cellules solaires sur silicium métallurgique (procédé Photosil) avec un rendement de conversion de 16% ; et une filière à très haut rendement de conversion de 22% sur du silicium polycristallin.

Une unité de démonstration, dite Lab-Fab, devrait être opérationnelle à partir de fin 2009, avec une capacité annuelle de 25 MW pour tester et valider à une échelle industrielle les recherches issues des laboratoires de R&D et de l'Institut national de l'énergie solaire (Ines). Le but consistera ensuite à créer deux usines ayant chacune une capacité de production de 100MW sous 5 ans, pour un investissement total d'environ 400 M€.

La mise en place de cette filière comprendra la création de 400 emplois industriels à terme dans les deux usines, outre la création de 50 emplois de chercheurs à l'Ines et de 160 emplois dans le Lab-Fab.

A l'horizon 2015, le coût système d''une installation photovoltaïque pourrait être sensiblement identique dans les deux filières, silicium et couches minces, à savoir inférieur à 2,50 $/W ; au niveau panneau photovoltaïque, la filière silicium resterait un peu plus coûteuse mais pour un rendement de conversion toujours supérieur de quelques pourcents aux couches minces.

Dans les cellules solaires couches minces (en silicium amorphe, CIGS ou CdTe), la réduction des coûts est obtenue par la diminution d'un facteur 100, au moins, de la quantité de matériaux actifs par rapport à la filière silicium ; les coûts de fabrication, sur des lignes de production clés en mains, et les investissements nécessaires sont plus faibles mais le rendement de conversion est aussi moindre de 30 à 50% comparé aux cellules silicium.

La filière couches minces est toutefois en forte croissance. Sa part de marché est passée de 10% du marché total en 2007 à 18% en 2008. Les procédés permettent un dépôt rapide et automatisable (40 s/m2), sur une grande variété de substrats de toutes tailles, et donc une productivité élevée.

La technologie CdTe affiche un rendement de conversion des modules photovoltaïques de l'ordre de 10% (contre 6 à 8% pour le silicium amorphe) avec un coût inférieur à 1 $/W crête chez First Solar. Ce dernier vise à atteindre un coût système de 2,5 $/W crête avant 2012, contre 3,4 $/W crête aujourd'hui. Sa capacité de production devrait atteindre 1 GW crête/an d'ici fin 2009.

La technologie CIS ou CIGS, à base de Cuivre, Indium (Gallium) et Sélénium, présenterait des rendements de conversion légèrement supérieurs, jusqu'à 14%. Une trentaine d'entreprises travaillent sur ce secteur, avec une capacité de production cumulée prévisionnelle de l'ordre de 2 à 3 GW crête/an d'ici 2012. Le coût de production des modules photovoltaïques pourrait être de 0,8 $/W crête d'ici 2015.

Evolution des coûts des deux principales technologies

Le groupe Sofie, holding dont dépend Elvia PCB, vient de redonner un nouveau souffle à l'ancienne usine de circuits imprimés de Sagem à Lannion, avec la création de Sillia Energie, société qui fabriquera des panneaux photovoltaïques à base de cellules solaires en silicium cristallin de Q-Cells sur ce site à partir de juin prochain ; l’investissement s’élève à 4 millions d’euros, en première phase, pour une capacité annuelle de production de 20 à 25 MW crête, avec 50 employés.

« C’est à la fois une diversification pour Elvia PCB et une véritable reconversion pour le site avec l’arrêt total de la production de circuits imprimés au profit du photovoltaïque. A terme, il ne restera qu’une activité de service et d’expertise spécifique pour le circuit imprimé  », nous a confirmé Bruno Cassin, pd-g d’Elvia PCB qui va piloter Sillia Energie. L’usine de Lannion a été équipée d’une ligne de production entièrement automatique élaborée en partenariat avec Schmid (également fournisseur d’équipements pour le circuit imprimé).

Pour la création de Sillia Energie, le groupe Sofie, qui détient 53% des parts de la nouvelle entité, s’est assuré du soutien des deux fonds d’investissements IPO (groupe CIC) et Sodero (Caisse d’Epargne). Sillia Energie a un capital de 4,3 millions d’euros et 5 millions d’euros de fonds propres. Une deuxième phase d’investissements est prévue pour doubler la capacité annuelle de production à l’horizon 2010-2011. Sa date de réalisation dépendra de la demande et de l’évolution du marché du photovoltaïque.

Sencera, un fabricant américain de cellules solaires couches minces en silicium amorphe vient d'atteindre un rendement de conversion de 8,7% pour une cellule solaire simple jonction, une performance de laboratoire qui a été vérifiée par l'Institut de conversion d'énergie de l'université du Delaware ; partant, la société a réussi à obtenir les derniers 5,2 M$ d'un investissement de 15,6 M$ du Californien Quercus Trust, ce qui devrait lui permettre de transformer son actuelle unité de R&D de 1 MW en une entité de production d'une capacité annuelle de 35 MW.

La société, créée en 2003 initialement comme fournisseur d'équipements PECVD pour l'industrie du semiconducteur, s'est tournée vers le solaire en 2006. Elle a conçu et réalisé ses propres équipements pour la fabrication de cellules solaires. La production de volume de panneaux solaires de 106 W, réalisés avec des cellules de 7% de rendement de conversion, devrait démarrer à l'été 2009 sur son site de Charlotte (Caroline du Nord).

Le prochain objectif de Sencera consistera à développer une cellule solaire double jonction présentant un rendement de conversion de 11%, ce qui permettra de passer à une capacité annuelle de production de 50 MW sans équipements additionnels.

Dans un dossier consacré au photovoltaïque, Electronique International fait le point sur l'évolution actuelle du marché français, sur les filières de production qui se mettent en place et sur les mesures incitatives des pouvoirs publics pour soutenir les développements.

Un article détaille plus particulièrement la principale problématique à laquelle sont confrontés les industriels du solaire, à savoir trouver le bon compromis entre rendement et coûts de production.