Mathieu
# NOUVELLE TECHNIQUE POUR SCELLER LES MODULES SOLAIRES
Les panneaux solaires sont conçus pour durer 25 ans ou plus, peu importe les conditions météorologiques. Pour assurer cette longévité, il est essentiel d’avoir une étanchéité parfaite des matériaux photovoltaïques. Les fabricants parviennent à sceller les cellules de silicium d’un panneau en les laminant avec des feuilles de polymère entre des panneaux de verre. Cependant, le polymère collant est difficile à séparer des cellules de silicium en fin de vie d’un panneau solaire, rendant le recyclage des matériaux plus compliqué.
Des chercheurs du National Renewable Energy Lab (NREL) aux États-Unis affirment avoir trouvé un meilleur moyen de sceller les modules solaires. En utilisant un laser femtoseconde, les chercheurs ont soudé ensemble le verre des panneaux solaires sans utiliser de polymères tels que l’éthylène-acétate de vinyle. Ces soudures de précision en verre à verre sont suffisamment solides pour les panneaux solaires extérieurs et sont plus efficaces pour empêcher l’humidité corrosive de pénétrer, selon les chercheurs.
“Solar panels are not easily recycled,” déclare David Young, un scientifique principal de NREL. “While some companies are currently doing it, it’s a delicate balance between cost and benefit, with most of the issue stemming from the polymers.” Sans polymères adhésifs impliqués, les installations de recyclage peuvent plus facilement séparer et réutiliser les matériaux précieux des panneaux solaires tels que le silicium, l’argent, le cuivre et le verre.
En raison du problème des polymères, de nombreuses installations de recyclage se contentent de jeter les cellules de silicium recouvertes de polymère, ne récupérant que les cadres en aluminium et les enveloppes en verre, explique Silvana Ovaitt, analyste photovoltaïque (PV) chez NREL. Ce recyclage partiel gaspille les matériaux les plus précieux des modules.
“À un moment donné, il y aura une quantité énorme de panneaux usagés, et nous voulons bien faire les choses et faciliter le recyclage”, déclare David Young. “Il n’y a aucune raison de ne pas le faire.” Un changement dans la fabrication pourrait aider à résoudre le problème, bien que cela ne se produira pas avant au moins 25 ans, lorsque les panneaux construits avec la nouvelle technique seront prêts à être mis au rebut.
Dans la technique du NREL, le verre qui enserre les cellules solaires dans un panneau PV est soudé ensemble par fusion de précision. Cette fusion de précision est réalisée avec des lasers femtoseconde, qui concentrent un nombre considérable de photons dans un laps de temps très court, d’environ un millionième de milliardième de seconde. Le nombre de photons émis par seconde à partir du laser est tellement intense qu’il modifie le processus d’absorption optique dans le verre, explique Young. Le processus passe de linéaire (absorption normale) à non linéaire, permettant au verre d’absorber l’énergie des photons qu’il n’absorberait normalement pas, ajoute-t-il.
Le faisceau intense, concentré près de l’interface des deux plaques de verre, génère un petit plasma d’atomes de verre ionisés. Ce plasma permet au verre d’absorber la plupart des photons du laser et de fondre localement les deux plaques de verre pour former une soudure. Comme il n’y a pas de surface ouverte, il n’y a pas d’évaporation du verre fondu pendant le processus de soudage. L’absence d’évaporation du pool fondu permet au verre de refroidir dans un état sans contrainte, laissant une soudure très solide.
Dans des tests de résistance menés par le groupe du NREL, les soudures se sont révélées presque aussi solides que le verre lui-même, comme s’il n’y avait pas de soudure du tout. Young et ses collègues ont décrit leur technique de preuve de concept dans un article publié le 21 février dans le Journal de l’énergie photovoltaïque de l’IEEE.
Il s’agit de la première fois qu’un laser femtoseconde est utilisé pour tester des soudures de verre à verre pour les modules solaires, affirment les auteurs. Le coût de tels lasers ayant baissé ces dernières années, les chercheurs leur trouvent de nouvelles applications dans un large éventail de domaines. Par exemple, les lasers femtoseconde ont été utilisés pour créer des affichages plasma tridimensionnels en l’air et pour transformer le verre tellurite en cristal semi-conducteur. Ils ont également été utilisés pour souder du verre dans des dispositifs médicaux.
Avant l’utilisation des lasers femtoseconde, les groupes de recherche tentaient de souder le verre des panneaux solaires avec des lasers nanoseconde. Cependant, ces lasers, avec des impulsions un million de fois plus longues que celles d’un laser femtoseconde, étaient incapables de créer une soudure de verre à verre. Les chercheurs ont essayé d’utiliser un matériau de remplissage appelé verre fritté dans la soudure, mais les liaisons des matériaux différents se sont révélées trop fragiles et faibles pour les conceptions de panneaux solaires extérieurs, précise Young.
En plus de faciliter le recyclage, la conception du NREL pourrait prolonger la durée de vie des panneaux solaires. Les polymères sont de mauvais barrières à l’humidité par rapport au verre, et le matériau se dégrade avec le temps. Cela permet à l’humidité de pénétrer dans les cellules solaires, conduisant éventuellement à la corrosion. “Les modules solaires actuels ne sont pas étanches à l’eau”, souligne Young. Ce sera un problème pour les cellules de pérovskite, une technologie solaire de nouvelle génération très sensible à l’humidité et à l’oxygène.
“Si nous pouvons fournir un type de scellement différent où nous pouvons éliminer les polymères, non seulement obtiendrons-nous un meilleur module qui dure plus longtemps, mais aussi un module beaucoup plus facile à recycler”, conclut Young.
