Les microfissures dans les cellules solaires sont un défi fréquent pour les fabricants de modules solaires photovoltaïques. Des chercheurs financés par l'UE ont introduit une technique de précontrainte innovante pour retarder la croissance des fissures et fabriquer des cellules solaires durables.

Les cellules solaires au silicium ordinaires sont constituées de plaquettes très minces, généralement autour de 200 microns d'épaisseur. Bien qu'ils aient une certaine capacité de flexion, ils peuvent souffrir de fissures – souvent induites par des forces mécaniques ou des contraintes thermiques. Ces micro fissures sont si petites qu'elles sont impossibles à voir à l'œil nu, rendant la détection difficile. « En particulier, les microfissures peuvent être causées par une mauvaise manipulation des cellules solaires lors de leur production, par des dommages de transport ou d'installation des modules ou par exposition à divers facteurs d'impacts climatiques, " note le professeur Marco Paggi qui a été en charge du projet PHYSIC financé par l'UE.

S'appuyant sur les recherches pionnières menées par un autre projet subventionné par le Conseil européen de la recherche, les chercheurs travaillant sur PHYSIC ont conclu que toutes les causes de fissuration dans les cellules solaires en silicium sont principalement liées à la fragilité du matériau. Par conséquent, la tendance industrielle à réduire l'épaisseur des cellules solaires pour économiser de la matière peut renforcer l'effet de fissuration et nuire à la durabilité du module photovoltaïque.

Une petite contrainte augmente la conductivité

Pour trouver un remède possible à la croissance des fissures, les chercheurs ont adopté une perspective mécanique sur le problème. Au cœur de leur approche était que les cellules solaires ne sont pas des composants autonomes, mais sont plutôt intégrés dans une structure stratifiée composée de diverses couches de différents matériaux, y compris le verre et les polymères.

L'équipe s'est concentrée sur les contraintes résiduelles présentes pendant le processus de stratification qui sont causées par les différentes propriétés thermoélastiques de divers matériaux. "Une analyse minutieuse a conduit à la découverte qu'exercer une faible contrainte de compression résiduelle sur les cellules solaires après la fabrication du module peut augmenter la conductivité électrique autour de toute fissure. En raison de ces contraintes résiduelles souhaitables, les fissures ont tendance à se fermer, laisser passer librement le courant électrique à travers eux, " explique le Pr Paggi.

En appliquant une technique de précontrainte innovante sur le matériau de la feuille de fond - la dernière couche polymère formant la structure stratifiée qui se trouve à l'opposé du verre - les chercheurs ont réussi à augmenter la quantité de contraintes de compression dans le silicium et à obtenir une fermeture de fissure pour la majorité des fissures . Les données d'électroluminescence des cellules solaires fissurées avant et après traitement ont clairement démontré que les parties sombres des cellules solaires redeviennent électriquement conductrices après la nouvelle technique de précontrainte proposée.

La résistance aux fissures compte

PHYSIC a dévoilé une nouvelle génération de modules photovoltaïques qui affiche une résistance supérieure à la fissuration. L'approche du projet reposait sur les principes fondamentaux de la mécanique des composites qui n'ont pas été abordés jusqu'à présent par les fabricants de panneaux photovoltaïques. « Négliger les problèmes de dégradation des matériaux peut s'avérer très néfaste pour le fonctionnement des modules photovoltaïques, entraînant des pertes d'énergie électrique beaucoup plus élevées que ce qui est économisé en se concentrant sur l'augmentation de l'efficacité de conversion de l'énergie solaire, " ajoute le Pr Paggi.