Le Fraunhofer ISE réduit par 10 la consommation d’argent des cellules solaires TOPCon
Des scientifiques de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (ISE) sont parvenus à réduire la consommation d’argent des cellules solaires TOPCon à 1,1 milligramme par watt-crête. Actuellement, ces cellules consomment en moyenne entre 10 et 12 milligrammes d’argent par watt-crête.
Pour ce faire, ils ont testé un procédé de métallisation en ligne par électrodéposition sur des systèmes pilotes développés par Rena Technologies. En combinant la structuration par laser UV ultracourt et le dépôt électrochimique de nickel, de cuivre et d’argent, l’équipe de recherche a produit des cellules solaires TOPCon au format M10 avec un rendement de 24%.
Comparées aux cellules solaires PERC, les cellules TOPCon consomment davantage d’argent, ce qui exerce une forte pression sur les fabricants de cellules solaires afin de réduire ce coût. Alors que les cellules solaires à hétérojonction de silicium et les cellules IBC sont déjà métallisées grâce à des contacts imprimés argent-cuivre ou en cuivre pur, la métallisation en cuivre imprimé pour les cellules solaires TOPCon est encore en phase de test. Or, il s’agit actuellement du type de cellule le plus produit et celui qui consomme le plus d’argent. Les contacts en cuivre électrodéposés pourraient remplacer presque totalement l’argent nécessaire aux cellules solaires TOPCon. Le nickel sert de barrière de diffusion contre la migration du cuivre dans la cellule, le cuivre assure la conduction électrique et une quantité minimale d’argent subsiste pour la protection contre l’oxydation.
« L’électrodéposition nickel/cuivre pourrait s’imposer durablement sur le marché photovoltaïque d’ici deux à trois ans. Cela offrirait de nombreux avantages aux fabricants de cellules solaires, même si cela implique l’intégration d’équipements de galvanoplastie dans leur processus de production, ce qui représente un investissement initial », affirme le Dr Sven Kluska, responsable du groupe des procédés électrochimiques chez Fraunhofer ISE.
En collaboration avec le fabricant allemand d’équipements Rena Technologies, les scientifiques ont démontré, dans le cadre des projets de recherche « EURO » et « SHINE PV », que la métallisation par galvanoplastie est techniquement réalisable et applicable à l’échelle industrielle. Ils ont métallisé plusieurs lots de cellules solaires M10 TOPCon sur un système de galvanoplastie en ligne, atteignant un rendement de 24%. Ce rendement correspond à celui des cellules solaires de référence, dont les contacts en argent ont été appliqués par sérigraphie classique. Afin de vérifier la conformité aux exigences de faible résistance de contact et de facteur de remplissage élevé, ils ont obtenu un facteur de remplissage de 82,1 ± 0,3% pour un lot de 186 cellules solaires TOPCon. Les modules solaires fabriqués avec ces cellules ont démontré une excellente stabilité lors des tests de dégradation réalisés selon la norme IEC 61215.
« La métallisation par électroplacage pourrait également réduire considérablement la dépendance à la Chine par rapport aux pâtes d’argent utilisées actuellement pour la métallisation par sérigraphie. Les équipements et les produits chimiques nécessaires à l’électroplacage du cuivre proviennent de fabricants européens et américains ; il existe un marché mondial du cuivre brut, sans concentration sur les fournisseurs chinois. Parallèlement, chez Fraunhofer ISE, nous travaillons activement à la mise en place de chaînes d’approvisionnement européennes robustes pour la métallisation par sérigraphie à base de cuivre », a déclaré le Dr Florian Clement, responsable du département des technologies de métallisation et de structuration chez Fraunhofer ISE.
Le procédé de sérigraphie offre également la possibilité de remplacer les pâtes d’argent par des pâtes hybrides argent-cuivre ou par des pâtes de cuivre pur. Cependant, la mise en œuvre sur les cellules solaires TOPCon est considérablement plus difficile que sur les cellules solaires à hétérojonction de silicium avec une couche TCO (couche d’oxyde conducteur transparent) qui agit comme une barrière de diffusion du cuivre ; c’est pourquoi les chercheurs du monde entier développent également la métallisation par électroplacage pour les cellules solaires TOPCon.
© Fraunhofer ISE / Photo : Dirk Mahler
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