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La fabrication des cellules photovoltaïques

L'énergie solaire photovoltaïque provient de la transformation directe d'une partie du rayonnement solaire en énergie électrique. Cette conversion d'énergie s'effectue par le biais d'une cellule dite photovoltaïque, basée sur un phénomène physique appelé effet photovoltaïque qui consiste à produire un courant lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumière.

Deux technologies de cellules photovoltaïques sont présentes aujourd'hui :
  • Les cellules dites cristallines
  • Les cellules dites couches minces
Dans cette partie du cours, nous étudierons le processus de fabrication d'une cellule photovoltaïque. Le plan du cours est le suivant :

LA FABRICATION DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES

  1. La silice: matière première d'une cellule photovoltaïque
  2. Extraction purification du silicium photovoltaique
  3. Obtention des lingots de silicium
  4. Obtention des wafers photovoltaïques
  5. Le dopage et jonction P-N


Extraction et purification du silicium

Extraction du silicium à partir de la silice

Le silicium est un élément chimique de symbole Si. Il n'existe pas à l'état pur dans la nature.
Le silicium (Si) est donc extrait de la silice (SiO2) grâce à la réaction chimique simplifiée suivante :

SiO2 + 2 C → Si + CO

Four à arc - Réduction de la silice en silicium
Cette réaction se réalise dans un four à arc car elle nécessite de faire fondre la silice. La température du four peut atteindre 3 000 °C. La puissance du four peut aller jusqu’à 30 MW, afin d’enclencher les réactions chimiques.

En réalité, la réaction de réduction de la silice en silicium résulte d'un grand nombre de réactions chimiques intermédiaires.

La puissance du four peut aller jusqu’à 30 MW, afin d’enclencher les réactions chimiques.
Après cette opération, le silicium est obtenu sous forme liquide. Sa pureté est de 98 %.
Il faut le purifier encore de plusieurs ordres de grandeur afin d'obtenir un matériau adéquate pour les applications photovoltaïques.



Purification du silicium

Il s'agit, en partant du silicium métallurgique, de faire une purification chimique. De nombreux procédés ont été développés par les différents producteurs mondiaux de silicium.

Au final, le procédé de purification aboutit à l'obtention de lingots de silicium purifiés à 99.99 % :

Silicium en lingot Silicium en lingot