{"id":24249,"date":"2023-01-24T10:31:00","date_gmt":"2023-01-24T09:31:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.monkitsolaire.fr\/blog\/heterojonction-photovoltaique\/"},"modified":"2025-06-04T10:09:21","modified_gmt":"2025-06-04T08:09:21","slug":"heterojonction-photovoltaique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.monkitsolaire.fr\/blog\/heterojonction-photovoltaique-n405","title":{"rendered":"H\u00e9t\u00e9rojonction photovolta\u00efque : une technologie pour l\u2019avenir ?"},"content":{"rendered":"
<\/div>\n

Le 9 septembre 2022, la Commission europ\u00e9enne lan\u00e7ait l\u2019Alliance europ\u00e9enne pour l\u2019industrie solaire, port\u00e9e par l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur europ\u00e9en EIT InnoEnergy ainsi que des organisations industrielles du secteur. L\u2019objectif \u00e9tant de r\u00e9industrialiser l\u2019Europe<\/strong> pour reprendre une place dans le secteur du solaire \u00e0 l\u2019\u00e9chelle mondiale. Dans ce cadre, un type de cellules photovolta\u00efques focalise l\u2019attention<\/strong> : les cellules photovolta\u00efques \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

<\/span>Qu\u2019est-ce que l\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction ?<\/span><\/h2>\n\n\n\n

On parle d\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction lorsque deux mat\u00e9riaux diff\u00e9rents sont mis en contact<\/strong>. Par exemple, dans le cadre d\u2019une cellule photovolta\u00efque, l\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction d\u00e9signe la mise en contact du silicium monocristallin et du silicium amorphe<\/strong>. Elle s\u2019oppose \u00e0 l\u2019homojonction, qui qualifie un fonctionnement reposant sur un seul mat\u00e9riau. Dans le cadre de l’\u00e9nergie solaire, il s\u2019agit par exemple d\u2019une cellule compos\u00e9e de silicium monocristallin seul.<\/p>\n\n\n\n

<\/span>Son application dans le domaine du photovolta\u00efque<\/span><\/h2>\n\n\n\n

Dans le cadre de l\u2019industrie solaire photovolta\u00efque, le terme \u201ch\u00e9t\u00e9rojonction\u201d est utilis\u00e9 pour d\u00e9signer une nouvelle sorte de cellules solaires.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

D\u00e9velopp\u00e9e en France depuis 2005 par le CEA (Commissariat \u00e0 l’\u00e9nergie atomique et aux \u00e9nergies alternatives), la technologie photovolta\u00efque \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction est une nouvelle piste pour am\u00e9liorer les taux de rendement des panneaux. <\/p>\n\n\n\n

En effet, cette solution en rupture par rapport au standard en homojonction, dominant dans l\u2019industrie mondiale, permettrait d\u2019atteindre un taux de rendement<\/a> sup\u00e9rieur \u00e0 20%. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Cet aspect est central dans la perspective du d\u00e9veloppement de l\u2019\u00e9nergie solaire : avec de meilleurs rendements, on limite les besoins en mat\u00e9riaux<\/strong> pour la construction d\u2019un panneau, de m\u00eame que leurs co\u00fbts de production et leurs prix de vente<\/strong>. On peut ainsi esp\u00e9rer d\u00e9mocratiser l\u2019utilisation du photovolta\u00efque aupr\u00e8s des particuliers.<\/p>\n\n\n\n

\"Retour<\/figure>\n\n\n\n

<\/span>Qu\u2019est-ce qu\u2019une cellule solaire \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction ?<\/span><\/h2>\n\n\n\n

Une cellule solaire \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction est une cellule combinant deux technologies<\/strong> : celle d\u2019une cellule en silicium cristallin<\/strong>, conventionnellement utilis\u00e9e dans les panneaux solaires les plus courants, sur laquelle on appose, en face avant et en face arri\u00e8re, deux couches minces de silicium amorphe. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Pour faire simple, une cellule \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction est compos\u00e9e de trois couches<\/strong> : une tranche de silicium cristallin prise en sandwich entre deux couches de silicium amorphe. <\/p>\n\n\n\n

Cette structuration multicouches permet une captation plus importante<\/strong> des photons lumineux, donc une production \u00e9nerg\u00e9tique plus \u00e9lev\u00e9e : ceci explique pourquoi les cellules solaires \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction sont plus efficaces que les cellules en homojonction. <\/p>\n\n\n\n

De plus, le silicium amorphe<\/strong> dispose d\u2019un atout de taille : s\u2019il convertit moins bien la lumi\u00e8re du soleil en \u00e9lectricit\u00e9<\/strong>, il reste cependant bien moins on\u00e9reux \u00e0 produire que son homologue cristallin. Ce qui a une incidence sur le co\u00fbt de production du panneau dans sa globalit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Comment ces cellules solaires augmentent l\u2019efficacit\u00e9 ? <\/h3>\n\n\n\n

Le fonctionnement d\u2019une cellule solaire en h\u00e9t\u00e9rojonction s\u2019appuie sur le m\u00eame principe que n\u2019importe quelle cellule solaire : celle-ci capte une partie du rayonnement solaire et la transforme en \u00e9nergie<\/strong>, laquelle est ensuite transform\u00e9e en \u00e9lectricit\u00e9 injectable dans le r\u00e9seau. <\/p>\n\n\n\n

Toutefois, elle est plus efficace du fait de la multiplication des couches<\/strong> qui la composent. Une cellule solaire en homojonction ne dispose que d\u2019une couche : celle-ci laisse certains rayons la traverser et\/ou rebondir \u00e0 sa surface. <\/p>\n\n\n\n

Une cellule solaire en h\u00e9t\u00e9rojonction, quant \u00e0 elle, en pr\u00e9sente trois. Outre la couche du milieu, commune aux cellules solaires conventionnelles, elle poss\u00e8de deux fines couches \u00e0 l\u2018avant et \u00e0 l\u2019arri\u00e8re, lesquelles captent elles aussi la lumi\u00e8re du soleil direct. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Par ailleurs, une cellule \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction utilise aussi bien sa face avant (expos\u00e9e au soleil) que sa face arri\u00e8re pour produire de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9. En effet, elle est en capacit\u00e9 de capter le rayonnement solaire r\u00e9fl\u00e9chis par les couches inf\u00e9rieures et le sol. <\/p>\n\n\n\n

Ainsi, on peut obtenir un gain de puissance de l\u2019ordre de 10 % \u00e0 20 %<\/strong>, ce qui explique pourquoi un panneau solaire \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction peut atteindre des rendements de 24% ou plus.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Source : https:\/\/www.cea.fr\/comprendre\/Pages\/energies\/renouvelables\/essentiel-sur-cellules-photovoltaiques.aspx <\/p>\n\n\n\n

\"\u00c9conomies<\/figure>\n\n\n\n

Avantages de l\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction solaire<\/h3>\n\n\n\n

Si le d\u00e9veloppement de la technologie de l\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction est en plein essor, c\u2019est parce qu\u2019elle pr\u00e9sente de nombreux avantages. <\/p>\n\n\n\n

Une cellule photovolta\u00efque \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction est d\u2019abord plus \u00e9conomique<\/strong>, aussi bien au moment de sa production que sur l\u2019ensemble de sa dur\u00e9e de vie. En effet, le design de ses composants (silicium amorphe notamment) est plus simple par rapport \u00e0 une cellule conventionnelle. De plus, le nombre d\u2019\u00e9tapes n\u00e9cessaires \u00e0 sa production (fabrication et int\u00e9gration) est r\u00e9duit<\/strong>, ce qui permet de la produire \u00e0 un co\u00fbt restreint.<\/p>\n\n\n\n

Les proc\u00e9d\u00e9s de fabrication des cellules \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction r\u00e9duisent par ailleurs l\u2019impact environnemental du photovolta\u00efque, puisqu\u2019il se r\u00e9alise \u00e0 plus faible temp\u00e9rature.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Enfin, une cellule \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction est une cellule photovolta\u00efque plus performante<\/strong>. Comme nous l\u2019expliquions plus haut, les cellules photovolta\u00efques suivant cette technologie affichent des rendements sup\u00e9rieurs \u00e0 la plupart des cellules en monocristallin. \u00c0 noter par ailleurs qu\u2019elles se montrent plus efficaces sous des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es que les cellules compos\u00e9es de silicium monocristallin ou polycristallin conventionnel. Ainsi, leur efficacit\u00e9 ne d\u00e9cro\u00eet que de 0,25% par degr\u00e9 contre 0,35 % pour une cellule standard<\/strong>. Un bon point dans la perspective du r\u00e9chauffement global du climat.<\/p>\n\n\n\n

\n

\"\" BON \u00c0 SAVOIR<\/strong><\/p>\n\n\n\n

L\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction photovolta\u00efque dispose d\u2019un dernier atout<\/strong> : celui de s\u2019associer \u00e0 d\u2019autres technologies prometteuses en mati\u00e8re d\u2019\u00e9nergie solaire<\/strong>. Les cellules produites sur ce mod\u00e8le pourraient ainsi se combiner \u00e0 la technologie des cellules p\u00e9rovskites (voir notre article sur le panneau solaire en p\u00e9rovskite<\/a> ), ce qui permettrait de capter les rayons \u00e0 la fois dans l’ultraviolet, l\u2019infrarouge et la lumi\u00e8re visible. Le couplage de ces deux technologies pourraient alors permettre d\u2019atteindre un rendement de 32 %.<\/strong><\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

<\/span>L\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction solaire : haut rendement et fabrication simplifi\u00e9e<\/span><\/h2>\n\n\n\n

Un rendement sup\u00e9rieur aux autres cellules <\/h3>\n\n\n\n

Nous l\u2019\u00e9voquions plus haut : l\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction permet une meilleure captation directe mais \u00e9galement indirecte<\/strong> des rayons du soleil, ce qui induit un rendement am\u00e9lior\u00e9 par rapport aux cellules compos\u00e9es d\u2019une seule couche de silicium monocristallin.<\/p>\n\n\n\n

Il faut en effet savoir que les couches de silicium amorphe appos\u00e9es de part et d\u2019autre de la couche de silicium monocristallin permettent de concentrer le rayonnement solaire vers les zones de collecte d\u2019\u00e9nergie. Cet effet est d\u2019ailleurs renforc\u00e9 par le fait que les couches de silicium amorphe sont elles-m\u00eames recouvertes d\u2019un oxyde transparent.<\/p>\n\n\n\n

C\u2019est ainsi qu\u2019un des laboratoires du CEA est parvenu \u00e0 produire des cellules dont le rendement atteint 24%<\/strong>. \u00c0 noter que le rendement de conversion des cellules photovolta\u00efques du march\u00e9 est plut\u00f4t de l\u2019ordre de 19 \u00e0 20 %. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Par ailleurs, une surface de 120 demi-cellules, fabriqu\u00e9es sur la cha\u00eene pilote du CEA, a d\u00e9velopp\u00e9 une puissance nominale de 348 W, dans des conditions certifi\u00e9es comparables \u00e0 celles de l\u2019exploitation commerciale. De leur c\u00f4t\u00e9, les cellules classiques pr\u00e9sentent des puissances nominales d\u2019une moyenne de 320 W.<\/p>\n\n\n\n

Une fabrication plus simple, plus rapide et moins \u00e9nergivore<\/h3>\n\n\n\n

Il est important de noter que les proc\u00e9d\u00e9s de fabrication d\u2019une cellule \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction sont plus simples et plus courts<\/strong> que dans le cas des cellules photovolta\u00efques classiques. Leur fabrication comporte ainsi moiti\u00e9 moins d\u2019\u00e9tapes (10 contre 21), telles que :  <\/p>\n\n\n\n

    \n
  • La gravure par bain chimique pour former les pyramides sur les \u00ab wafers \u00bb.<\/li>\n\n\n\n
  • Le nettoyage et le d\u00e9p\u00f4t par plasma de couches nanom\u00e9triques de silicium amorphe.<\/li>\n\n\n\n
  • Le d\u00e9p\u00f4t d’un oxyde transparent conducteur sur les deux faces.<\/li>\n\n\n\n
  • La s\u00e9rigraphie d\u2019un motif de lignes m\u00e9talliques pour la collecte des charges \u00e9lectriques.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    De plus, le proc\u00e9d\u00e9 de fabrication est moins \u00e9nergivore que celui d\u2019une cellule photovolta\u00efque traditionnelle actuellement commercialis\u00e9e. Quand les process utilis\u00e9s classiquement n\u00e9cessitent \u00e0 certaines \u00e9tapes des temp\u00e9ratures port\u00e9es \u00e0 800 \u00e0 850\u00b0C, celui des cellules \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction ne r\u00e9clame qu\u2019une temp\u00e9rature moyenne d\u2019environ 200\u00b0C.<\/p>\n\n\n\n

    De fait, l\u2019empreinte carbone et le taux de retour \u00e9nerg\u00e9tique (TRE) des cellules photovolta\u00efques en h\u00e9t\u00e9rojonction sont r\u00e9duits<\/strong>, compte-tenu des \u00e9conomies d\u2019\u00e9nergie r\u00e9alis\u00e9es durant leur production.<\/p>\n\n\n\n

    \"Enjeux<\/figure>\n\n\n\n

    <\/span>Quelles diff\u00e9rences entre cellules classiques et cellules \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction ?<\/span><\/h2>\n\n\n\n

    Les cellules classiques et les cellules \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction diff\u00e8rent donc en plusieurs points<\/strong>, qui d\u00e9coulent de leurs diff\u00e9rences structurelles. C\u2019est en effet gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019ajout de deux couches suppl\u00e9mentaires \u00e0 la tranche monocristalline que la cellule \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction peut valoriser les rayons r\u00e9fl\u00e9chis \u00e0 l’arri\u00e8re<\/strong> des modules et ainsi gagner en performance.<\/p>\n\n\n\n

    C\u2019est \u00e9galement gr\u00e2ce \u00e0 cette formation in\u00e9dite que les panneaux \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction pourraient avoir deux pics de production au lieu d\u2019un<\/strong>. Dans le cas des panneaux classiques, la puissance maximale est atteinte vers midi. La physionomie particuli\u00e8re des panneaux en h\u00e9t\u00e9rojonction pourrait leur permettre de profiter quant \u00e0 eux d\u2019un pic de production \u00e0 10 heures le matin et \u00e0 16 heures l\u2019apr\u00e8s-midi, soit \u00e0 deux moments o\u00f9 les consommations sont importantes. Ce d\u00e9calage des pics pourrait ainsi faciliter le lissage de la production des installations. Il faudrait pour cela qu\u2019ils soient plac\u00e9s \u00e0 la verticale et orient\u00e9s est-ouest.<\/p>\n\n\n\n

    <\/span>O\u00f9 en est le d\u00e9veloppement de cette technologie ?<\/span><\/h2>\n\n\n\n

    La technologie de l\u2019h\u00e9t\u00e9rojonction n\u2019en est pour le moment qu\u2019au tout d\u00e9but de sa phase d\u2019industrialisation<\/strong>. Toutefois, cette technologie \u00e9mergente est pr\u00eate \u00e0 \u00eatre exploit\u00e9e \u00e0 grande \u00e9chelle. <\/p>\n\n\n\n

    Deux projets industriels europ\u00e9ens l\u2019ont adopt\u00e9 dans cette optique : <\/p>\n\n\n\n

      \n
    • Le projet d\u2019une filiale d\u2019Enel, acteur majeur de la production d\u2019\u00e9lectricit\u00e9 en Italie : 100 millions d\u2019euros ont \u00e9t\u00e9 ainsi investis dans une usine de panneaux photovolta\u00efques situ\u00e9e \u00e0 Catane (Sicile), dans le but d\u2019en faire le premier site de production de cellules \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction en Europe.<\/li>\n\n\n\n
    • Le projet de Recom-Sillia, acteur europ\u00e9en leader de l\u2019industrie solaire : une gigafactory pr\u00e8s de Lyon est en cours de construction. La production de panneaux photovolta\u00efques \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction devrait commencer en 2024 et rapidement se compter en gigawatts.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      Ce d\u00e9but d’industrialisation permet d\u2019entrevoir les potentialit\u00e9s en mati\u00e8re de comp\u00e9titivit\u00e9 de cette technologie<\/strong>, d\u2019autant que les rendements des technologies chinoises plafonnent et que leur rentabilit\u00e9 est de moins en moins bonne.<\/p>\n\n\n\n

      <\/span>Conclusion<\/span><\/h2>\n\n\n\n

      A l\u2019aube de son industrialisation, le photovolta\u00efque \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction cumule de nombreux avantages<\/strong>. Consistant \u00e0 ajouter deux couches de silicium amorphe \u00e0 la tranche de silicium monocristallin composant une cellule photovolta\u00efque, cette technologie d\u00e9veloppe de hauts rendements tout en proposant des proc\u00e9d\u00e9s de construction plus \u00e9conomiques<\/strong> et plus sobres \u00e9nerg\u00e9tiquement parlant. Elle permettrait en outre de produire de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 solaire de mani\u00e8re diff\u00e9renci\u00e9e dans le temps par rapport aux cellules classiques.<\/p>\n\n\n\n

      \n

      <\/span>Questions fr\u00e9quentes sur l’h\u00e9t\u00e9rojonction photovolta\u00efque<\/span><\/h2>\n\n\n