Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

L’électricité solaire
leurs performances et leur stade de pénétration sur le marché. Sont aujourd’hui
également disponibles sur le marché des cellules solaires photovoltaïques à
concentration : il s’agit de cellules à très haut rendement couplées à des dispositifs
de concentration du rayonnement solaire (à l’exemple des lentilles de Fresnel). Cette
technologie émergente qui s’adresse à des marchés différents est traitée, plus loin,
dans une partie dédiée.
Le silicium cristallin – monocristallin ou polycristallin – est la filière la plus mature, avec
85 % de part de marché en 2010. Cette filière est celle qui affiche actuellement les
rendements 1 de modules commerciaux les plus élevés, de l’ordre de 14 % à 20 %. Le
silicium polycristallin qui représente plus de la moitié de la production, affiche des
rendements un peu plus faibles que le monocristallin mais il est également moins
coûteux. La filière du silicium cristallin, qui domine le marché depuis les années 1970
et devrait conserver une part majoritaire dans le court-moyen terme, a vu ses prix
baisser de manière régulière, entre 15 % et 20 % à chaque doublement de la
production. Cette baisse des coûts devrait être encouragée par la conjonction de
quatre facteurs principaux : la baisse du coût du silicium purifié ; la réduction de la
quantité de silicium utilisée (l’objectif pour ces deux facteurs étant une baisse de
moitié) ; l’augmentation des rendements et enfin des gains de productivité sur les
procédés et les équipements. Ces améliorations réalisables sur la base des
connaissances actuelles pourraient permettre, selon le CEA, de réduire de moitié le
prix du module à terme. Les obstacles à une réduction plus forte sont le coût des
matériaux support et d’encapsulation (qui représente actuellement 20-25 % du prix) et
l’obtention de rendements supérieurs à 25-30 % (qui supposera le recours à des
multijonctions, soit l’empilement de plusieurs matériaux semi-conducteurs captant
chacun une partie du spectre).
L’intérêt majeur des couches minces, quelles que soient les nombreuses filières
technologiques étudiées, réside dans la forte réduction de la quantité de matière
active utilisée, ce qui permet de diminuer les coûts par rapport au silicium cristallin.
Toutefois, les technologies développées (CdTe, silicium couches minces, CIGS)
n’atteignent pas aujourd’hui les performances du silicium cristallin en termes de
rendement et de stabilité, et certaines font appel à des éléments toxiques à l’exemple
du cadmium (CdTe) ou « stratégiques » comme l’indium (CIGS). Des efforts de R & D
sont entrepris en vue de l’augmentation des rendements et de la recherche
d’alternatives pour les matériaux rares ou critiques comme l’indium, le gallium ou le
tellure. Les progrès attendus concernent également les techniques de contrôle de
qualité et de robustesse à long terme ainsi que le développement de procédés de
fabrication rapides et bon marché, ce qui devrait permettre de diminuer de manière
significative les coûts de production. Enfin, des ruptures en termes de rendement sont
possibles grâce à l’utilisation d’autres matériaux comme l’arséniure de gallium (des
rendements de cellule record de 28 % ont été atteints) qui pourrait constituer une
véritable percée si on arrivait à en réduire les coûts.
Le photovoltaïque organique est une technologie émergente qui laisse envisager des
ruptures potentielles, d’une part en raison de l’utilisation de matériaux organiques à
très faible coût et en très faible quantité, d’autre part en raison d’un fort potentiel en
termes de productivité des équipements et procédés de fabrication. Il faut distinguer
(1) Le rendement des modules photovoltaïques au silicium cristallin a progressé d’environ 2 % par
an, l’objectif étant d’atteindre 23 % en 2020.
Centre d’analyse stratégique - 107 - Août 2012
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