La plaque de silicium, au cœur des technologies photovoltaïques

Qu’est-ce que le silicium, comment est-il créé, comment est-il utilisé dans les panneaux photovoltaïques ? De sa forme brute à son rôle crucial dans les technologies solaires, en passant par son processus de transformation en plaque, découvrez les secrets de ce matériau qui révolutionne notre façon de produire l’énergie.

Qu’est-ce que le silicium ?

Saviez-vous que le silicium était le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre après l’oxygène ? Il se présente naturellement sous forme de silice (minerai) dans le sable et le quartz. Il peut être transformé en matériau semi-conducteur par un processus de fabrication spécifique.

La première étape consiste à extraire le silicium pur de la silice grâce à des températures dépassant 1650°C. Le silicium en fusion obtenu est ensuite purifié selon la méthode Czochralski pour atteindre une qualité supérieure, avec une pureté de 99,9999%.

Des particules de type p sont ajoutées au silicium pour lui conférer ses propriétés semi-conductrices, mesurées en ohm-cm. Les lingots de silicium sont finalement découpés en fines plaquettes de silicium utilisables dans l’industrie.

Est-ce que le silicium est un métal ?

Contrairement à ce que son aspect brillant pourrait suggérer, le silicium n’est pas un métal mais un métalloïde. Cette catégorie particulière d’éléments chimiques présente des caractéristiques hybrides entre métaux et non-métaux. Le silicium se distingue aussi par sa fragilité et son comportement face à la température : comme l’eau, il se dilate en se solidifiant.

Quelle est sa particularité ?

La plaque de silicium présente une structure cristalline, une organisation régulière et ordonnée des atomes, ions ou molécules dans un cristal, qui lui confère des propriétés semi-conductrices remarquables. Sa conductivité électrique varie selon la température et le dopage, permettant un contrôle précis du flux d’électrons.

Cette technologie de production aboutit à un matériau d’une pureté exceptionnelle, avec moins d’une particule d’impureté pour un milliard d’atomes de silicium. Sa résistance électrique à laisser passer le courant peut être ajustée entre 0,001 et 10 000 ohm-cm selon les éléments suivants incorporés.

Le silicium affiche aussi une excellente stabilité thermique jusqu’à 1410°C et une résistance mécanique notable, essentielles pour les applications électroniques modernes, mais surtout les panneaux photovoltaïques.

Quelles différences entre le silicium monocristallin et polycristallin ?

Les termes monocristallin et polycristallin désignent deux formes différentes d’organisation interne des atomes de la structure cristalline.

Le monocristallin se compose d’un unique cristal de grande pureté, donnant une teinte uniforme noir profond aux cellules. Sa structure homogène permet une meilleure circulation des électrons.

Le silicium polycristallin rassemble plusieurs cristaux de tailles variables, créant un aspect marbré bleuté caractéristique. Cette composition multiple, issue de la fonte de résidus de silicium, offre un compromis intéressant entre coût et performance.

Ces caractéristiques influencent directement les applications :

• Silicium monocristallin : utilisé pour des cellules solaires haut rendement, circuits électroniques (processeurs, puces).
• Silicium polycristallin : souvent utilisé pour panneaux solaires standards, où le coût est un critère important.

Quelles sont les utilisations du silicium ?

Les panneaux photovoltaïques représentent un autre domaine d’application majeur, où le silicium transforme la lumière solaire en électricité grâce à l’effet photoélectrique.

Dans l’industrie électronique, ses propriétés semi-conductrices permettent la fabrication des microprocesseurs et des puces mémoire qui font marcher nos smartphones et ordinateurs.

Le secteur des télécommunications exploite également ce matériau pour produire des fibres optiques ultra-performantes. Les capteurs électroniques à base de silicium équipent aussi les véhicules autonomes et les systèmes de surveillance environnementale modernes.

Pourquoi est-il sous forme de plaque ?

La forme en plaque du silicium répond à des exigences pratiques. Cette configuration maximise la surface de captation pour les cellules photovoltaïques tout en minimisant l’épaisseur nécessaire, optimisant ainsi le rapport performance/matière première.

Les plaques ultra-fines de 200 à 350 micromètres permettent une absorption optimale des photons. Cette épaisseur précise résulte d’un compromis entre la capacité d’absorption de la lumière et la résistance mécanique nécessaire pour la manipulation industrielle.

Qu’est-ce que la découpe en wafers ?

La découpe en wafers rectangulaires ou carrés facilite aussi l’assemblage des modules photovoltaïques, permettant une disposition parfaitement ajustée qui maximise la surface utile des panneaux solaires.