3. Cellule photovoltaïque à base de silicium
Nous considérerons successivement le silicium en fonction de son état cristallographique en allant de la forme la plus ordonnée (monocristalline) jusqu'à l'état le moins structuré, c'est-à-dire amorphe.
• Silicium monocristallin
Jusqu'aux années 1980, les cellules solaires industrielles étaient toutes à base de silicium sous forme monocristalline.
Élaboration du matériau
Le silicium est très répandu à la surface de la croûte terrestre sous forme de silice (sable, quartz, etc.), et il est à la base de toute l'industrie électronique moderne, puisque diodes, transistors, circuits intégrés en font un large usage sous forme de plaquettes découpées dans des monocristaux de qualité électronique, c'est-à-dire dans lesquels la concentration en impuretés est inférieure à une partie par million pour des impuretés comme l'oxygène et le carbone et à une partie par milliard pour les impuretés métalliques. La production mondiale de silicium pour l'ensemble de l'industrie des semi-conducteurs est actuellement de l'ordre de 35 000 tonnes, dont plus de 50 p. 100 pour le photovoltaïque.
Ce silicium est obtenu par réduction de la silice dans un four électrique, ce qui fournit le matériau dit « métallurgique » dont la pureté est d'environ 98 p. 100. Celui-ci est purifié à son tour, sous forme de gaz (plus facile à purifier), de trichlorosilane SiHCl3 ou de silane SiH4. Après pyrolyse sous hydrogène de ces derniers, le matériau obtenu sert de produit de départ pour la croissance de lingots de silicium tel que par exemple la croissance de monocristaux (Single crystalline Silicon, Sc-Si) par la méthode de Czochralski (Cz) ou par une fusion de zone (FZ) qui donne un matériau de plus grande qualité.
Depuis les années 1970, on privilégie des matériaux moins bien recristallisés que le matériau Cz, pour lesquels la croissance est plus rapide et moins gourmande en énergie.
Tous ces […]
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