Preface III
Introduction 1
1 Une histoire technique du photovoltaïque 5
1.1 Les trois naissances de l’effet photovoltaïque . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Le photovoltaïque prend son envol . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Le silicium explose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Le photovoltaïque dans le monde aujourd’hui . . . . . . . . . . . 15
Partie 1 De la lumière à la cellule solaire 21
2 La ressource solaire 23
2.1 Le rayonnement du corps noir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Le rayonnement solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Du sommet de l’atmosphère à la surface terrestre . . . . . . . . . . 26
2.4 Ordres de grandeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3 Limites thermodynamiques de la conversion photovoltaïque 35
3.1 Transformer la chaleur solaire en électricité : la machine de Müzer et ses limites . .. .. . . 36
3.2 La voie du solaire thermodynamique : concentrer la lumière . . . 38
3.3 La voie du photovoltaïque : introduire un gap . . . . . . . . . . . 39
4 Des concepts aux dispositifs : comment réaliser les fonctions nécessaires à la conversion photovoltaïque 53
4.1 Absorption optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2 Durée de vie des porteurs de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3 Transport des porteurs de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.4 Extraction sélective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Partie 2 Du matériau au dispositif 63
5 Bon transport électronique et coût raisonnable, mais faible absorption
optique : les cellules en silicium cristallin 67
5.1 De la silice au polysilicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2 Du polysilicium au lingot de silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.3 Du lingot au wafer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.4 Du wafer à la jonction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.5 De la jonction à la cellule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.6 De la cellule au module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6 Bonne absorptivité, mauvais transport, faible coût : les cellules en
couches minces, organiques, amorphes, pérovskites 83
6.1 Fabrication des couches minces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.2 Architecture d’une cellule en couche mince . . . . . . . . . . . . . 87
7 Excellente absorption optique, excellent transport électronique, coût
élevé : les cellules épitaxiées 93
7.1 L’épitaxie et les techniques de croissance épitaxiale . . . . . . . . . 95
7.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Partie 3 Du laboratoire à l’industrie 101
8 La vie d’un panneau photovoltaïque 103
8.1 Production en conditions réelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
8.2 Dégradation d’un panneau photovoltaïque . . . . . . . . . . . . . 106
8.3 Fin devie et recyclage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
9 Coûts économiques et écologiques du photovoltaïque 117
9.1 Coûts économiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
9.2 Coût énergétique et coût carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
9.3 Coûts en matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
10 Défis et perspectives 131
10.1 Développer une industrie solaire à l’échelle du terawatt . . . . . . 131
10.2 Augmenter l’efficacité de conversion au-delà de la limite de Shockley-Queisser . . . . . . . . . . . 133
10.3 Imaginer denouvelles applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
10.4 Intégrer la production au réseau électrique . . . . . . . . . . . . . 142
Conclusion 147
Index 150
Sponsors 153
