La chaîne de valorisation photovoltaïque plus verte d’Europe
L’UE a pour mission de rendre la production d’énergie plus durable grâce à l’exploitation de sources d’énergie propres et renouvelables. Malgré l’implantation accrue des systèmes d’énergie solaire, le modus operandi repose toujours sur une logique de «extraire-fabriquer-jeter». Extraire des ressources, les transformer en produits et les abandonner simplement en fin de vie consomme beaucoup de ressources et gaspille des matériaux précieux. Le projet Eco-Solar, financé par l’UE, visait à optimiser l’utilisation des ressources et à intégrer la réflexion sur l’économie circulaire. «Eco-Solar a une vision globale de la chaîne de valorisation: cristallisation des lingots, découpe des plaquettes, production de cellules et assemblage de modules», explique Martin Bellmann, responsable du projet. Améliorations du processus de cristallisation Eco-Solar a introduit une technique simple et rentable pour récupérer plus de 95 % de l’argon gazeux utilisé pour la cristallisation des lingots de silicium. La méthode est basée sur la combustion en boucle chimique qui convertit les espèces combustibles du flux de gaz d’échappement en dioxyde de carbone et en eau, en laissant de l’argon de haute pureté, qui peut être directement réutilisé. Pour la cristallisation des lingots de silicium, les chercheurs ont proposé des creusets à base de céramique au nitrure de silicium pouvant être réutilisés. Ces creusets permettent non seulement de retirer facilement les lingots une fois le cycle de production terminé, mais empêchent également la pénétration d’impuretés dans le silicium et réduisent les contraintes générées lors de la cristallisation. Amélioration de la coupe et découpe des plaquettes Les plaquettes de silicium sont produites en découpant de gros blocs de silicium. Eco-Solar a amélioré le processus de sciage en utilisant des fils de diamant plus minces d’environ 60 µm. Le projet a également étudié le recyclage de la poussière de silicium produite lors de la formation des plaquettes de silicium. «Le processus de sciage industriel engendre un gaspillage des ressources: jusqu’à 45 % du précieux matériau d’origine est perdu sous forme de poudre de silicium fine et se retrouve dans des décharges», souligne M. Bellmann. La nouvelle technique d’Eco-Solar affine les déchets de manière à ce qu’ils puissent être réutilisés comme matière première secondaire pour la cristallisation de lingots de silicium, la fabrication de creusets en nitrure de silicium et la production des batteries lithium-ion. Réduire la teneur en argent et la consommation d’eau La diffusion du phosphore dans la plaquette de silicium est l’une des étapes les plus critiques de la fabrication de cellules solaires. Les partenaires du projet ont combiné avec succès plusieurs étapes de gravure chimique par voie humide et de nettoyage après la diffusion du phosphore en un seul processus qui réduit les déchets et l’empreinte carbone de la fabrication des cellules solaires. De plus, ils ont étudié le potentiel de certains systèmes industriels permettant d’économiser plus de 90 % des pertes d’eau résultant du traitement des plaquettes. Les partenaires du projet ont également expérimenté différentes architectures de cellules solaires afin de réduire l’utilisation d’argent au strict minimum. Un schéma d’interconnexion amélioré qui élimine le besoin de souder une bande de contact sur la face arrière des plaquettes en argent et la face avant des barres omnibus réduit le contenu en argent de 35 %. Réparation et recyclage des cellules solaires Une autre réalisation du projet a été la mise au point d’un système automatisé permettant de reconnaître les petits défauts des cellules solaires. Ce «médecin de cellules», qui coupe ou isole des zones de cellules non défectueuses grâce au traitement au laser, peut réduire de 50 % la quantité de cellules solaires mises au rebut. Les partenaires du projet ont également démontré leur capacité à rouvrir des modules en fin de vie et à les désassembler pour en récupérer les composants principaux. L’équipement de désassemblage automatisé des modules a été conçu avec des outils de diagnostic permettant de contrôler la qualité des composants des modules. Les concepts novateurs d’Eco-Solar favorisent l’utilisation rationnelle des ressources, la réutilisation et le recyclage tout au long de la chaîne de valorisation. Cela sera essentiel pour parvenir à une énergie solaire durable en Europe.
Mots‑clés
Eco-Solar, cellule solaire, cristallisation, module, chaîne de valorisation, recyclage, efficacité des ressources, argon, phosphore, énergie photovoltaïque, céramique au nitrure de silicium
