Les cellules solaires à hétérojonction constituent une avancée récente sur le marché photovoltaïque. Elles remédient aux inconvénients courants des modules standards. Elles réduisent la recombinaison et améliorent les performances en climat chaud. Venez les découvrir plus en détail.
Cellules solaires à hétérojonction et technologie
Ces panneaux solaires sont également connus sous le nom de panneaux à hétérojonction de silicium (SHJ) ou à hétérojonction avec couche mince intrinsèque (HIT). Il s'agit d'un groupe de cellules solaires HJT utilisant une technologie photovoltaïque avancée.
Ne vous laissez pas induire en erreur par la technologie des hétérojonctions. Celles-ci sont construites sur un substrat de silicium monocristallin de type N et comportent des couches de silicium amorphe non dopé (ia-Si:H) déposées par-dessus, ce qui améliore leur efficacité et leurs performances.
Ces cellules sont constituées de trois matériaux clés :
1. Silicium cristallin (c-Si) – Les panneaux solaires conventionnels utilisent le c-Si pour fabriquer des cellules solaires à homojonction. Il existe deux types de c-Si : le silicium polycristallin et le silicium monocristallin. Cependant, seul le monocristallin est envisagé pour les cellules solaires à homojonction en raison de sa pureté et de son rendement supérieurs.
2. Silicium amorphe (a-Si) – Composant clé de ces cellules solaires, l'hydrogénation permet de corriger les défauts de densité et de produire du silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Ce matériau est plus facile à doper et possède une bande interdite plus large.
3. Oxyde d'indium-étain (ITO) – Ce matériau est privilégié pour la couche d'oxyde conducteur transparent (TCO) de ces cellules solaires, tandis que les chercheurs explorent des alternatives moins coûteuses. La réflectivité et la conductivité de l'ITO en font un matériau idéal pour la couche de contact et la couche externe de ces cellules solaires.
Classification des cellules solaires à hétérojonction
Le dopage différencie ces cellules solaires en cellules de type n et de type p :
- Les cellules de type N utilisent des plaquettes de c-Si dopées au phosphore qui fournissent des électrons supplémentaires pour la charge négative et les rendent résistants à la réduction d'efficacité induite par le bore-oxygène.
- Cellules de type P dopées au bore sont mieux adaptés aux applications spatiales en raison de leur résistance au rayonnement spatial fournissant à la cellule un électron de moins qui la charge positivement.
Principe de fonctionnement des cellules solaires à hétérojonction
Ces cellules solaires utilisent trois couches de matériaux absorbants, combinant les techniques des couches minces et du photovoltaïque traditionnel. Lorsque la lumière du soleil atteint ces panneaux, elle déclenche l'effet photovoltaïque qui convertit les photons en électricité.
Le processus de travail principal de HJT implique :
- La lumière du soleil stimule les électrons à la jonction PN de la couche absorbante, les déplaçant vers la bande de conduction et formant des paires électron-trou (eh).
- Le terminal attaché à la couche dopée P collecte les électrons stimulés et produit de l'électricité qui traverse la charge.
- Après avoir traversé la charge, l'électron revient au contact arrière de la cellule et se recombine avec un trou pour terminer la procédure d'une paire eh particulière.
Ce processus se déroule en continu à mesure que les modules produisent de l'électricité . Les modules photovoltaïques standard en silicium cristallin (c-Si) présentent des limitations d'efficacité dues à la recombinaison de surface, qui se produit lorsque les électrons et les trous se recombinent sans contribuer au flux électrique.
Les cellules HJT résolvent ce problème grâce à l'utilisation d'un film semi-conducteur passivant doté d'une couche à bande interdite plus large, composée de a-Si:H, qui ralentit le flux de charges afin d'empêcher leur recombinaison. Cette couche tampon ralentit suffisamment la migration des charges pour fournir une tension élevée tout en empêchant la recombinaison avant la collecte des électrons, améliorant ainsi le rendement.
Au cours du processus d'absorption de la lumière, les trois couches semi-conductrices absorbent les photons, facilitant ainsi leur conversion en électricité.
- La couche supérieure en silicium amorphe (a-Si:H) collecte et capture la lumière du soleil et les reflets.
- La couche intermédiaire, en silicium cristallin (c-Si), est très efficace et convertit les photons en électricité.
- La couche inférieure de silicium amorphe (a-Si:H) convertit les photons restants, améliorant ainsi l'efficacité totale.
Saviez-vous que les prix des installations solaires ont chuté de 40 % en 10 ans, ce qui a permis à ce secteur de se développer sur un nouveau marché et de mettre en place des milliers de systèmes à travers le pays ?
En combinant les technologies, les cellules à hétérojonction peuvent exploiter plus d’énergie que ce qu’elles pourraient capturer seules, atteignant ainsi une efficacité de 25 % ou plus.
Voir aussi : Guide complet sur la technologie solaire TOPCon
Prix des panneaux solaires à hétérojonction
Selon les conceptions actuelles, les modules SHJ coûtent entre 0.48 et 0.56 USD/W, contre 0.50 USD/W pour les modules conventionnels.
Remarque : Les prix des cellules solaires à hétérojonction peuvent varier en raison des fluctuations du marché, des différences entre les marques et des facteurs régionaux.
Avantages et inconvénients de la technologie d'hétérojonction
Les applications de la technologie solaire à hétérojonction à grande échelle peuvent offrir un rendement de 25 à 30 %. Cependant, les avantages de la technologie HJT présentent également des inconvénients, énumérés ci-dessous :
| Avantages | Désavantages |
| Surpassent les cellules solaires standard en convertissant davantage de lumière solaire en électricité. | Des compétences avancées et des équipements spécialisés sont nécessaires pour la fabrication et l’intégration. |
| Efficace à haute température pour réduire la dégradation des performances. | Sensibles aux dommages en raison de leur construction mince. |
| Fonctionne de manière constante dans des conditions de faible luminosité et est idéal pour les conditions météorologiques changeantes. | La sensibilité à l’humidité compromet l’efficacité et la longévité. |
| 30 % d'efficacité avec 92 % de bifacialité, ce qui le rend parfait pour les projets à grande échelle. | Les restrictions de volume de production, la technologie complexe et la large gamme de semi-conducteurs peuvent entraîner une augmentation des prix et une réduction de la disponibilité. |
| Seulement 5 à 7 étapes de fabrication sont nécessaires, ce qui réduit les coûts de production. | En raison de son lancement récent, l'expérience d'installation et de maintenance est limitée. |
Référence croisée : Cellule en silicium cristallin à double hétérojonction fabriquée à 250 °C avec un rendement de 12.9 %
Principaux fabricants de cellules solaires à hétérojonction
Les principaux fabricants de panneaux solaires à hétérojonction sont :
1. ENR
Leur gamme Alpha Pure utilise une technologie de cellules à hétérojonction (HJT) avancée pour offrir une densité de puissance allant de 226 W/m² à 470 W. Le module de REC Group se caractérise par une disposition des cellules sans espace, une conception double et une esthétique élégante, optimisée pour les applications résidentielles. Ces panneaux garantissent une puissance optimale dans diverses conditions, ce qui se traduit par un coefficient de température plus élevé, un flux électrique amélioré et un retour sur investissement rapide.
Consultez également le test des panneaux solaires REC
2. JINERGY
Jinergy propose des modules solaires bifaciaux N-HJT à très haut rendement (supérieur à 24 %). Ces modules, composés de 166 cellules avec une demi-coupe 9BB, offrent un gain de puissance de 10 à 35 % dans diverses conditions d'ensoleillement. Ils garantissent une capacité de production de cellules et de modules performante et économique, avec un faible coefficient de température et une dégradation réduite.
3. AKCOME
Spécialisée dans les cellules et modules solaires HJT de pointe avec un taux de bifacialité de 95 % et un rendement allant jusqu'à 26 %, AKCOME Optronics propose des solutions capables de produire des tranches de silicium de 100 µm d'épaisseur, sans PID, à faible coefficient de température et sans rejet d'ammoniac dans les eaux usées.
4. Augmentation de l'énergie
Leur gamme de modules Hyper-Ion bénéficie d'un facteur bifacial ultra-élevé et de la technologie d'interconnexion brevetée Hyper-link, optimisant ainsi la puissance de sortie. Les modules Risen Energy délivrent une puissance de 700 à 725 Wc grâce à une bifacialité de 110 à 132 cellules, ce qui optimise le rendement de 22.8 à 23.3 %. Ils offrent un coefficient de température de puissance stable, des émissions de carbone extrêmement faibles et une excellente résistance à la décharge à basse énergie (LID).
5. HuaSen
Cette entreprise chinoise, leader du secteur, fournit des plaquettes , des cellules et des modules solaires à hétérojonction de silicium de type N (HJT) à très haut rendement . Les produits Huasun offrent une production d'énergie annuelle supérieure de 3 % à celle du module solaire bifacial TOPCon, avec une puissance de sortie allant jusqu'à 750 W et un rendement maximal de 24.16 %. Leur construction à double vitrage, leur encapsulage à base d'EPE et leur scellement au PIB leur confèrent des propriétés d'étanchéité, de résistance au feu et à la corrosion améliorées, les rendant adaptés aux environnements les plus difficiles.
Panneaux à hétérojonction ou panneaux bifaciaux
Les deux technologies utilisent des revêtements passivants pour réduire la recombinaison de surface et améliorer l'efficacité, présentant ainsi certaines similitudes structurelles. La principale différence réside dans le fait que les panneaux à hétérojonction peuvent être conçus pour une utilisation monofaciale ou bifaciale, tandis que les panneaux bifaciaux peuvent intégrer plusieurs technologies de base autres que la technologie HJT.
Le tableau suivant compare les caractéristiques essentielles des modules solaires photovoltaïques bifaciaux et hétérojonctions (HJT) :
| Caractéristique | Modules bifaciaux | Modules HJT |
| Absorption de la lumière | Absorbe la lumière des côtés avant et arrière. | Une structure en couches améliore la séparation des paires électron-trou pour une efficacité accrue. |
| Efficacité | Atteignez une efficacité de plus de 30 %. | Atteignez jusqu'à 26.7 % d'efficacité. |
| Avantages | Flexibilité et adaptabilité de conception améliorées. | Efficacité de conversion accrue, tolérance à la température améliorée et taux de dégradation plus lents au fil du temps. |
| Défis | Pour un déploiement optimal, une modélisation et une simulation précises sont nécessaires en raison de l’impact constant de l’albédo sur les performances. | Des processus de fabrication complexes et des coûts de production plus élevés empêchent une utilisation plus large. |
Les deux technologies solaires photovoltaïques améliorent l’efficacité et les performances, offrant des avantages et des défis distincts tout en augmentant la praticité et la durabilité de la production d’énergie solaire.
Panneaux à hétérojonction ou panneaux en silicium cristallin traditionnels
La technologie d'hétérojonction améliore les panneaux c-Si traditionnels en améliorant la recombinaison et en corrigeant d'autres défauts. Comparons les deux technologies pour comprendre comment des modifications mineures de la structure cellulaire affectent les performances globales du module.
| Caractéristique | Hétérojonction (HJT) | Monocristallin (mono c-Si) | Polycristallin (poly c-Si) |
| Matériaux Couche absorbante | Mono c-Si et a-Si:H | Mono c-Si | Poly c-Si |
| Structure | Couche à base de plaquette mono-c-Si enfermée dans des couches de passivation a-Si:H | Jonction pn mono c-Si | Jonction pn poly c-Si |
| Durée de vie | 30 ans | 25-30 ans | |
| Coefficient de température (moyenne) | -0.21% / ºC | -0.446% / ºC | -0.387% / ºC |
| Efficacité la plus élevée enregistrée | 26.7 % | 25.4 % | 24.4 % |
| Part de marché | 5% | 36.0 % | 54.9 % |
| Prix | 0.34 $/S | 0.16 $/sem - 0.46 $/sem | 0.24 $/S |
Remarque : L'efficacité mentionnée peut varier selon les marques et leurs modèles.
En définitive, les cellules solaires à hétérojonction sont polyvalentes et très efficaces, ce qui les rend idéales pour les applications en espace restreint. Ces panneaux offrent d'excellentes performances, mais leur prix élevé devrait baisser dans les années à venir. Pour plus d'informations, continuez à lire nos articles de blog.
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