La fabrication d'un panneau photovoltaique suit differentes etapes. Il s'agit dans un premier temps d'élaborer du Silicium de grade solaire utilisable pour former des plaques de Silicium. Vient ensuite la fabrication des cellules en elles-mêmes, leur assemblage en modules et la composition d'une installation finale avec sa structure porteuse, ses différents composants électriques et électroniques. C'est sur les premières étapes de transformation du Silicium, matière première de 90% des panneaux photovoltaïques, que nous entendons vous éclairer aujourd'hui. Prêts pour un peu de chimie?

CHAÎNE DE PRODUCTION

Le Silicium est tiré de la Silice, que l'on trouve abondamment dans la nature, dans le quartz ou dans le sable. Le procédé le plus répandu consiste a extraire le silicium du quartz pour créer du Silicium métallurgique qui sera ensuite purifié pour donner du Silicium de grade solaire. Ce dernier est par la suite coulé en lingots desquels sont tirées les plaques de Silicium avec lesquelles sont faites les cellules.

ÉTAPES DE RAFFINAGE DU SILICIUM

De la Silice au Silicium Métallurgique

Le Silicium est donc obtenu à partir de la Silice (SiO2) contenue dans le Quartz par réduction carbothermique effectuée dans un four à Arc.

Il s'agit en fait d'extraire l'oxygène de la Silice (SiO2) en chauffant le quartz avec des espèces contenant du carbone comme la houille par exemple. Ces espèces carbonées sous l'effet de la chaleur vont se combiner avec l'oxygène du Quartz pour former du monoxyde de carbone (CO) puis du dioxyde de carbone (CO2). La chaleur nécessaire à la réaction est fournie par les arcs électriques créés par des électrodes contenues dans le fameux four. A la fin de ce processus on obtient du Silicium Métallurgique (MG Si) qui n'est pas encore exploitable pour la création de panneau solaire.

Purification du Silicium Métallurgique

Il est nécessaire de purifier le Silicium métallurgique afin d'obtenir un Silicium de grade solaire utilisable pour la fabrication des cellules. Cette purification peut se faire de différentes manières mais la voie chimique est la plus répandue.

On utilise en principe du Chlore du fait de la forte attraction des atomes de Silicium et des ions chlorures (Cl-). Ces composés sont purifiés ensuite par distillation et décomposition thermique.

CRISTALLISATION ET FORMATION DES PLAQUES

Le Silicium solaire ou polycristallin obtenu lors de la précédente étape va être ensuite fondu et re-solidifié en lingots. C'est dans ces lingots que l'on découpe finalement les plaques de silicium qui serviront à fabriquer les cellules. En effet, c'est lorsque le silicium est en fusion que les produits dopants sont ajoutés afin qu'un courant électrique se forme au sein des cellules.

C'est aussi lors de cette étape que se crée la distinction entre panneaux monocristallins et polycristallins.

Le silicium monocristallin est constitué d'un seul cristal ; on procède à un étirage pour former un lingot cylindrique à partir d'un mono-cristal souche (Procédé CZ).

Le Silicium polycristallin est quant à lui formé d'une mosaïque de cristaux obtenus par coulage dans une lingotière et par un refroidissement lent.