Silicium de type n pour cellules à hétérojonctions

Les besoins énergétiques de notre société augmentent sans cesse, et s’accroissent encore plus fortement depuis une dizaine d’années, poussés par la montée en puissance de certains pays en voie de développement en Asie et en Amérique latine notamment.

La répartition de la production d’électricité par type de source est donnée sur la figure 1.1(b) en Megatonnes équivalent pétrole  (Mtep) pour les années 1973 et 2008. Les sources fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) y sont largement majoritaires, à l’origine de 86,6 % de la production en 1973 et de plus de 81 % en 2008. On remarque, entre ces deux dates, une forte progression de l’énergie nucléaire et du gaz naturel (le charbon et les “autres sources” ont aussi progressé mais en moindre proportions), prenant le pas sur le pétrole. Ceci fait suite principalement aux mesures prises par certains gouvernements pour diminuer leur dépendance vis-à-vis de cette ressource dans les années 70 (chocs pétroliers de 1973 et 1979). D’autres mesures ont été mises en place plus récemment par de nombreux gouvernements pour diminuer leurs émissions de gaz à effet de serre (GES), suite à une prise de conscience collective du réchauffement climatique attribué à ces émissions.

Dans les années à venir, la production mondiale d’électricité devrait continuer sa croissance forte, soutenue (1) par les pays en voie de développement, (2) par l’augmentation du nombre d’appareils électriques dans les foyers et (3) par l’introduction en masse de moyens de transports particuliers et collectifs basés sur des moteurs électriques (voitures, trains, tramways, etc.). La répartition des sources devrait encore évoluer et la part de certaines sources fossiles (pétrole et gaz naturel) diminuer (le prix du baril de pétrole est à nouveau très élevé, supérieur à 95 USD  ). Il est important de noter qu’une seule source de production d’électricité n’est pas envisageable à l’heure actuelle, et qu’il sera indispensable de se baser sur de nombreuses technologies pour répondre à la demande. Enfin, l’accident nucléaire récent à Fukushima au Japon a incité des pays à mettre en attente plusieurs projets de construction de centrales nucléaires, ou même à prévoir un arrêt progressif de leurs centrales dans les prochaines années. Il est donc très délicat de s’aventurer dans la prévision de la future répartition des sources de production d’électricité, mais il ne serait pas étonnant de voir la part des “autres sources” progresser fortement, comme indiqué dans un rapport récent du groupe international d’experts sur le climat.

Les arguments pour le développement de l’électricité photovoltaïque sont nombreux :
1. La ressource solaire est immense et non localisée dans un nombre restreint de pays comme c’est le cas pour les puits de pétrole, mines de charbon ou d’uranium , ce qui peut favoriser l’indépendance énergétique et sécuriser l’approvisionnement électrique.
2. L’émission moyenne de dioxyde de carbone (CO2) pour la fabrication d’une installation photovoltaïque était de l’ordre de 30 g/kWh en 2006 en considérant une durée de vie de 30 ans pour les panneaux et 15 ans pour l’onduleur 5 (aucun GES n’est émis jusqu’au recyclage des panneaux), à comparer aux 6 g/kWh de la filière nucléaire et aux plus de 100 g/kWh des sources fossiles.
3. Le temps nécessaire pour amortir le coût énergétique engendré par la fabrication (ou “paybacktime”) est compris entre moins d’un an à près de deux ans selon les filières (chiffres pour les couches minces et du silicium cristallin massif respectivement) dans le sud de l’Europe, et 1,5 à 3,5 ans environ pour le nord de l’Europe (en considérant une production moyenne de 1700 kWh.m⁻² .an⁻¹ pour le sud et 1000 kWh.m⁻² .an⁻¹ pour le nord).
4. Les panneaux photovoltaïques ne sont pas toxiques et peuvent être très bien recyclés.
5. L’impact sur le paysage des panneaux intégrés à l’architecture des bâtiments et autre infrastructures est nul, voire positif.

L’intermittence de la ressource photovoltaïque et l’impossibilité de contrôler à volonté la production en fonction de la demande est un point faible du secteur (et deviendra un vrai casse-tête pour la stabilité du réseau électrique si celui-ci n’évolue pas en conséquence), raison pour laquelle il sera très difficile d’envisager une production électrique basée uniquement sur le photovoltaïque. Des méthodes de stockage de l’électricité existent et pourraient supprimer ce point faible mais celles-ci sont très couteuses.

Ces points faibles sont sujets de nombreux travaux de recherche et ne seront peut être plus des verrous technologiques dans quelques années. D’autre part, durant la période de crise qui a affecté le monde en 2008-2009, le développement de l’énergie photovoltaïque ne s’est pas essouflé et a, au contraire, continué. De nombreux états et entreprises y voient la possibilité de réagir face à cette crise. Ces dernières années, le secteur s’est très fortement industrialisé et de grandes entreprises lui ont montré un grand intérêt : on peut citer la prise de contrôle récente de SunPower par Total [6, 7]. Les prix de vente des modules photovoltaïques ont bénéficié de cette industrialisation  .