Une technologie à micro-ondes inventée à l’université Macquarie permettra d’améliorer la fabrication des cellules solaires et de faciliter leur recyclage.
Lors de la fabrication des panneaux solaires, le silicium subit plusieurs processus à haute température appelés « recuit ». Actuellement, les cellules sont cuites dans un four.
Mais dans un article publié dans la revue américaine Applied Physics Letters, une équipe dirigée par le Dr Binesh Puthen Veettil, maître de conférences à l’école d’ingénieurs, a montré que le chauffage par rayonnement micro-ondes est presque aussi efficace. En outre, cette méthode permet d’économiser beaucoup de temps et d’énergie et présente d’autres avantages.
Le rayonnement micro-ondes chauffant sélectivement le silicium, il produit des effets presque instantanés et permet de réaliser des économies d’énergie considérables. Cela s’explique en partie par le fait que le reste du panneau stratifié en verre, en plastique et en aluminium n’est pratiquement pas affecté. Cette propriété a permis d’obtenir un avantage inattendu en matière de recyclage, pour lequel le groupe a déposé un brevet.
Avantages du recyclage
Sous traitement par micro-ondes, la couche de plastique (éthylène-acétate de vinyle) qui protège la plaque de silicium de l’humidité et de la contamination se ramollit au point de pouvoir être décollée mécaniquement. Cela signifie que la plaque peut être facilement délaminée et ses composants réutilisés sans avoir recours à des produits chimiques agressifs.
« Jusqu’à présent, il était économiquement rationnel de jeter les panneaux à la décharge », explique le Dr Veettil. « Dans les rares cas où ils sont recyclés, il faut écraser les panneaux, les chauffer à environ 1 400 °C et les laver avec des produits chimiques pour enlever le plastique – un processus très énergivore. Mais aujourd’hui, alors que les panneaux solaires qui ont commencé à être installés en grand nombre il y a environ 20 à 30 ans arrivent en fin de vie et sont mis hors service, les gouvernements exigent qu’ils soient recyclés.«
Recuit sélectif
Le recuit par micro-ondes présente plusieurs autres avantages. La capacité de focaliser le rayonnement micro-ondes signifie que le chauffage qu’il induit peut être sélectif et très bien réglé. Certains des panneaux les plus récents, par exemple, utilisent ce que l’on appelle la technologie de l’hétérojonction, dans laquelle le silicium cristallin et le silicium amorphe sont imbriqués l’un dans l’autre. Dans ces cellules, un recuit plus rapide et mieux dirigé est très avantageux.
La focalisation précise signifie également que le recuit peut être dirigé vers des parties spécifiques du panneau solaire, ce qui le rend idéal pour le recuit des panneaux solaires dont les structures internes sont plus complexes et fabriquées à des fins spéciales.
De plus, contrairement à un four où toutes sortes de substances chimiques s’échappent des parois, le recuit par micro-ondes se déroule dans un environnement propre. « Il y a donc moins de contamination« , explique le Dr Veettil. « Et l’ensemble du processus peut se dérouler à température ambiante.
Nouveaux matériaux
Plusieurs autres projets portant sur les cellules solaires et l’énergie durable sont en cours à Macquarie. L’un des coauteurs de l’article sur le recuit, le professeur associé Shujuan Huang, dirige un groupe qui étudie le recuit par micro-ondes dans les cellules solaires pérovskites. Les pérovskites sont un groupe de minéraux cristallins dotés de propriétés semi-conductrices qui pourraient, à l’avenir, être utilisés pour les cellules solaires parce qu’ils sont flexibles, légers et peu coûteux à produire.
Dans ce cas, le rayonnement micro-ondes a produit des cellules solaires plus efficaces que les méthodes de recuit conventionnelles, mais la raison n’en est pas claire. Les travaux actuels sont entrepris en partie pour répondre à cette question.
Les recherches du Dr Veettil, menées en collaboration avec l’école de photovoltaïque de l’UNSW, ont été lancées grâce à un financement de l’Australian Centre for Advanced Photovoltaics et ont bénéficié du soutien du gouvernement australien par l’intermédiaire de l’Australian Renewable Energy Agency (Agence australienne pour les énergies renouvelables).
Le Dr Binesh Puthen Veettil est ingénieur en électronique à l’école d’ingénierie de l’université Macquarie et s’intéresse particulièrement aux énergies renouvelables.
Résumé : Recuit par micro-ondes de cellules solaires en silicium
Le recuit par micro-ondes des dispositifs semi-conducteurs n’a pas fait l’objet de recherches approfondies et est rarement utilisé dans l’industrie. Pourtant, il pourrait permettre de réduire considérablement le temps et les coûts associés au traitement des semi-conducteurs en grandes quantités, comme les divers processus de chauffage et de recuit nécessaires à la fabrication des modules photovoltaïques. Dans cet article, nous décrivons le recuit par micro-ondes de cellules solaires en silicium, la passivation efficace des défauts induits par la lumière et la réduction de la dégradation induite par la lumière. Nous constatons que les cellules solaires en silicium sont chauffées rapidement dans un champ de micro-ondes et qu’une passivation efficace des défauts B-O peut être obtenue par traitement aux micro-ondes en seulement deux secondes. Le recuit par micro-ondes donne des résultats similaires à ceux du recuit thermique rapide.
Légende illustration : Dr Binesh Puthen Veettil
Crédit : Université Macquarie
Binesh Puthen Veettil1, Yuchao Zhang2, David Payne1, Mattias Juhl1, Shujuan Huang1, Brett Hallam2 et Darren Bagnall1
1 École d’ingénieurs, Université Macquarie, NSW 2109, Australie
2 École d’ingénierie photovoltaïque et des énergies renouvelables, Université de Nouvelle-Galles du Sud, NSW 2207, Australie
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