Expertise à l'Ouest
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À Palaiseau, l’Institut photovoltaïque d’Île-de-France 🇫🇷 lance une ligne de prototypage en vue d’industrialiser la production des futurs panneaux solaires mêlant silicium et pérovskite, avec deux partenaires : Voltec Solar et HoloSolis. Plus de 80 % des panneaux solaires actuellement posés en France viennent de Chine. « Notre objectif est de reprendre une partie de ce marché avec une technologie de rupture », annonce Roch Drozdowski-Strehl, le directeur général de l’Institut photovoltaïque Île-de-France (IPVF). La botte secrète de l’institut ? La technologie du « tandem silicium-pérovskite » pour élaborer des panneaux solaires avec de meilleurs rendements, sobres en matériau et bon marché. En effet, les cellules photovoltaïques au silicium ont quasi atteint leur plafond de performance : la théorie prévoit que leur efficacité ne peut pas dépasser 29 %, et certains modules atteignent déjà une efficacité de 24 à 27 %. « Nous arrivons à la limite de ce qu’il est raisonnablement possible de faire avec le silicium », déclare Tonio Buonassisi, chercheur au MIT. Toutefois, l’ajout de pérovskite aux cellules au silicium permet de repousser le rendement théorique maximal jusqu’à environ 45 %. « De quoi augmenter la puissance des panneaux solaires de 25 à 50 %. Une perspective enthousiasmante », déclare Michael McGehee, spécialiste du sujet à l’université du Colorado. Pour mieux comprendre de quoi l'on parle, dans une cellule photovoltaïque tandem, la cellule en pérovskite est placée au-dessus de la cellule en silicium, chaque cellule est composée de plusieurs couches qui jouent toutes un rôle dans la transformation de la lumière en électricité. La lumière du soleil frappe d’abord la pérovskite et libère les électrons du matériau, laissant derrière elle des « trous » chargés positivement. Les électrons se déplacent dans une couche de collecte de charge adjacente, puis vers une électrode, tandis que les trous migrent dans la direction opposée. Un processus similaire se produit dans la cellule en silicium, qui absorbe les photons de faible énergie laissés de côté par la cellule en pérovskite. Des modifications à l’échelle nanométrique de la partie avec la pérovskite ont permis d’améliorer rapidement les performances des cellules tandem. En novembre 2023, le géant chinois LONGi a annoncé qu’il avait fabriqué une cellule photovoltaïque tandem d’un centimètre carré qui a atteint une efficacité record – vérifiée de manière indépendante – de 33,9 %. En France, le cœur de la recherche dans ce domaine se trouve à l'Institut Photovoltaïque d'Île-de-France, qui cherche depuis une dizaine d'années des solutions avec de la pérovskite. Au premier étage, dans une salle sèche, c'est l'empilement sur verre qui est travaillé : les panneaux solaires sont constitués de fines couches d'atomes sur du verre. « Parmi ces différentes couches d'atomes, la pérovskite va jouer le rôle d'absorption du spectre lumineux et ainsi transformer la lumière en électrodes », explique Florian Hilt, directeur des programmes chargé de l'industrialisation. Composée d’oxyde de calcium et de titane, la pérovskite est un minéral découvert dans l’Oural à la fin du XIXe siècle et présent sur l’ensemble de la surface du globe. « Elle dispose d’une très bonne capacité d’absorption de la lumière du soleil, décrit Florian Hilt, directeur des programmes adjoint. Il n’y a pas de risque de pénurie, c’est un matériau davantage recyclable et moins coûteux. » « L'alliance de la pérovskite avec le silicium permet un meilleur rendement de conversion de la lumière en énergie », vante Roch Drozdowski-Strehl, le directeur général de l'IPVF, dans le laboratoire de 8.000 mètres carrés. Soit un rendement de 30 %. Et tout cela, en consommant moins d'énergie et de matière à la fabrication et avec des matériaux facilement trouvables et recyclables, comme le verre. Fort de ces recherches menées en collaboration avec le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) mais aussi des acteurs publics et privés comme Air Liquide, Total, EDF, l’institut travaille désormais sur le prototypage pour la fabrication à grande échelle de panneaux solaires. « Notre objectif est de développer cette technologie pour nos partenaires et de créer une filière française dans le photovoltaïque, allant de la recherche à l’industrialisation avec l’aide de Voltec Solar, un fabricant de panneaux solaires implanté en Alsace ». Il s'agit du rare fabricant 🇫🇷 encore debout possédant la dernière usine de panneaux solaires en fonctionnement en France. Toutes les autres ont disparu, balayées par la concurrence chinoise. Voltec Solar projette de lancer une giga-usine de fabrication de panneaux solaires français, conçus à partir de ce nouveau tandem de matériaux, avec une capacité de production de 5 GW d'ici à 2030. Mais pour l'instant, la première étape consiste à mettre en place une première ligne de production de prototypage qui travaillera la pérovskite sur verre, sur des surfaces de 30x60 centimètres carrés. Son aménagement commencera dès cet été dans une salle blanche de 400 mètres carrés, avec un fonctionnement de ligne complète prévu pour juin 2025. Viendra ensuite le première ligne industrielle d’environ 1 GW, pouvant produire deux millions de panneaux solaires par an, prévue d’ici à 2028. Puis le passage au 5 GW, soit plus de dix millions de panneaux photovoltaïques par an. Alors que les cellules tandem les plus étudiées en laboratoire sont faites d’une couche de pérovskite directement déposée sur le silicium, et ne comportent donc que deux terminaux (ou 2T) à l’instar d’une cellule normale, l'alliance entre l'IPVF et Voltec Solar se focalise sur le tandem 4T à quatre terminaux, qui superposent des panneaux presque complets. « Nous allons directement déposer et graver la pérovskite et différentes couches de protection sur le verre avant des panneaux en silicium, détaille Lucas Weiss. Les pérovskites, qui sont semi-transparents, absorbent une partie de la lumière, et le silicium, à l’arrière, n’absorbe le rayonnement restant. » Une stratégie étonnante, mais qui permet, selon l’industriel, de « faire du silicium une commodité » en utilisant des technologies qui sont peu performantes. « Superposer deux couches de faible efficacité coûte bien moins cher que de produire une seule couche très performante, mais permet en même temps d’atteindre plus de 28% de rendement », envisage le directeur général de Voltec Solar. L'industriel souligne que cette disruption du marché photovoltaïque faciliterait aussi l’emploi de silicium recyclé (moins pur, donc moins performant) et de réduire l'utilisation d'argent (plébiscité comme connecteur pour les technologies les plus chères). De quoi rester dans la droite ligne de la stratégie de Voltec Solar, qui se spécialise dans les panneaux solaires à (très) faible empreinte carbone, et espère proposer une gamme en dessous de la barre des 300 kilos de CO2 par kW crête. Pour ne pas mettre tous les œufs dans le même panier, l’Institut photovoltaïque d’Île-de-France continue cependant de travailler sur la technologie silicium-pérovskite à deux terminaux (dite 2T), avec un autre partenaire, Holosolis, qui prévoit également de bâtir une future giga-usine à Hambach (Moselle) d’ici à 2025. A plein régime, à partir de 2027, cette unité pourrait employer 1700 salariés et produire chaque année 10 millions de panneaux photovoltaïques. Sources : - leparisien.fr/essonne-91/a-p… - lesechos.fr/pme-regions/il… - usinenouvelle.com/article/voltec… - pv-magazine.fr/2023/09/18/hol… - tf1info.fr/economie/video… - pourlascience.fr/sd/energie/les…












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