La plupart des panneaux solaires couvrant les toits, les champs et les déserts du monde partagent aujourd'hui le même ingrédient : le silicium cristallin.Le matériau, fabriqué à partir de polysilicium brut, est façonné en plaquettes et câblé dans des cellules solaires, des dispositifs qui convertissent la lumière du soleil en électricité.Récemment, la dépendance de l'industrie vis-à-vis de cette technologie singulière est devenue une sorte de handicap.Goulots d'étranglement de la chaîne d'approvisionnementralentissentnouvelles installations solaires dans le monde.Principaux fournisseurs de polysilicium dans la région chinoise du Xinjiang —accusé d'avoir utilisé le travail forcé des Ouïghours– font face à des sanctions commerciales américaines.
Heureusement, le silicium cristallin n'est pas le seul matériau qui peut aider à exploiter l'énergie du soleil.Aux États-Unis, des scientifiques et des fabricants s'efforcent d'étendre la production de la technologie solaire au tellurure de cadmium.Le tellurure de cadmium est un type de cellule solaire à « couche mince » et, comme son nom l'indique, il est beaucoup plus fin qu'une cellule au silicium traditionnelle.Aujourd'hui, les panneaux utilisant du tellurure de cadmiumfournir environ 40 pour centdu marché américain des services publics et environ 5 % du marché mondial de l'énergie solaire.Et ils devraient bénéficier des vents contraires auxquels est confrontée l'industrie solaire au sens large.
"C'est une période très volatile, en particulier pour la chaîne d'approvisionnement en silicium cristallin en général", a déclaré Kelsey Goss, analyste de recherche solaire pour le groupe de conseil en énergie Wood Mackenzie."Les fabricants de tellurure de cadmium ont un grand potentiel pour prendre plus de parts de marché au cours de l'année à venir."Surtout, a-t-elle noté, puisque le secteur du tellurure de cadmium est déjà en train de se développer.
En juin, le fabricant solaire First Solar a déclaré qu'ilinvestir 680 millions de dollarsdans une troisième usine solaire au tellurure de cadmium dans le nord-ouest de l'Ohio.Lorsque l'installation sera terminée, en 2025, l'entreprise pourra fabriquer 6 gigawatts de panneaux solaires dans la région.C'est assez pour alimenter environ 1 million de foyers américains.Une autre entreprise solaire basée dans l'Ohio, Toledo Solar, est récemment entrée sur le marché et fabrique des panneaux de tellurure de cadmium pour les toits résidentiels.Et en juin, le département américain de l'énergie et son laboratoire national des énergies renouvelables, ou NREL,lancé un programme de 20 millions de dollarspour accélérer la recherche et développer la chaîne d'approvisionnement du tellurure de cadmium.L'un des objectifs du programme est d'aider à isoler le marché solaire américain des contraintes d'approvisionnement mondiales.
Des chercheurs de NREL et de First Solar, anciennement appelé Solar Cell Inc., travaillent ensemble depuis le début des années 1990 pour développertechnologie au tellurure de cadmium.Le cadmium et le tellurure sont respectivement des sous-produits de la fusion des minerais de zinc et du raffinage du cuivre.Alors que les tranches de silicium sont câblées ensemble pour fabriquer des cellules, le cadmium et le tellurure sont appliqués en couche mince - environ un dixième du diamètre d'un cheveu humain - sur une vitre, avec d'autres matériaux conducteurs d'électricité.First Solar, aujourd'hui le plus grand fabricant de couches minces au monde, a fourni des panneaux pour des installations solaires dans 45 pays.
La technologie présente certains avantages par rapport au silicium cristallin, a déclaré Lorelle Mansfield, scientifique au NREL.Par exemple, le procédé à couches minces nécessite moins de matériaux que l'approche à base de plaquettes.La technologie des couches minces est également bien adaptée à une utilisation dans les panneaux flexibles, comme ceux qui recouvrent les sacs à dos ou les drones ou qui sont intégrés dans les façades et les fenêtres des bâtiments.Il est important de noter que les panneaux à couches minces fonctionnent mieux à des températures élevées, tandis que les panneaux en silicium peuvent surchauffer et devenir moins efficaces pour générer de l'électricité, a-t-elle déclaré.
Mais le silicium cristallin a le dessus dans d'autres domaines, tels que leur efficacité moyenne, c'est-à-dire le pourcentage de lumière solaire que les panneaux absorbent et convertissent en électricité.Historiquement, les panneaux de silicium ont eu des rendements plus élevés que la technologie au tellurure de cadmium, bien que l'écart se rétrécisse. Les panneaux de silicium produits industriellement d'aujourd'hui peuvent atteindre des rendements de18 à 22 pour cent, tandis que First Solar a signalé une efficacité moyenne de 18 % pour ses nouveaux panneaux commerciaux.
Pourtant, la principale raison pour laquelle le silicium a dominé le marché mondial est relativement simple."Tout se résume au coût", a déclaré Goss."Le marché solaire a tendance à être fortement stimulé par la technologie la moins chère."
Le silicium cristallin coûte environ 0,24 $ à 0,25 $ pour produire chaque watt d'énergie solaire, ce qui est moins que les autres concurrents, a-t-elle déclaré.First Solar a déclaré qu'il ne signalait plus le coût par watt pour produire ses panneaux au tellurure de cadmium, seulement que les coûts avaient "considérablement diminué" depuis 2015 - lorsque l'entreprisecoûts déclarés de 0,46 $ par watt– et continuent de baisser chaque année.Il y a plusieurs raisons pour lesquelles le silicium est relativement bon marché.La matière première polysilicium, qui est également utilisée dans les ordinateurs et les smartphones, est plus largement disponible et moins chère que les fournitures de cadmium et de tellurure.À mesure que les usines de panneaux de silicium et de composants connexes se sont développées, les coûts globaux de fabrication et d'installation de la technologie ont diminué.Le gouvernement chinois a également fortementsoutenu et subventionnéle secteur solaire au silicium du pays - à tel point queenviron 80 pour centde la chaîne d'approvisionnement mondiale de fabrication solaire passe désormais par la Chine.
La baisse des coûts des panneaux a entraîné le boom solaire mondial.Au cours de la dernière décennie, la capacité solaire installée totale dans le monde a presque décuplé, passant d'environ 74 000 mégawatts en 2011 à près de 714 000 mégawatts en 2020,selonl'Agence internationale des énergies renouvelables.Les États-Unis représentent environ un septième du total mondial, et le solaire est maintenantl'une des plus grandes sourcesde nouvelles capacités électriques installées aux États-Unis chaque année.
Le coût par watt du tellurure de cadmium et d'autres technologies à couches minces devrait également diminuer à mesure que la fabrication se développe.(Premier solaire ditque lorsque sa nouvelle usine de l'Ohio ouvrira, l'entreprise offrira le coût par watt le plus bas sur l'ensemble du marché solaire.) Mais le coût n'est pas la seule mesure qui compte, comme le montrent clairement les problèmes actuels de la chaîne d'approvisionnement et les préoccupations en matière de main-d'œuvre.
Mark Widmar, PDG de First Solar, a déclaré que l'expansion prévue de 680 millions de dollars de la société faisait partie d'un effort plus large visant à construire une chaîne d'approvisionnement autosuffisante et à « dissocier » l'industrie solaire américaine de la Chine.Bien que les panneaux de tellurure de cadmium n'utilisent pas de polysilicium, First Solar a ressenti d'autres défis auxquels l'industrie est confrontée, comme les arriérés induits par la pandémie dans l'industrie du transport maritime.En avril, First Solar a déclaré aux investisseurs que la congestion dans les ports américains bloquait les expéditions de panneaux depuis ses installations en Asie.L'augmentation de la production américaine permettra à l'entreprise d'utiliser les routes et les chemins de fer pour expédier ses panneaux, et non les cargos, a déclaré Widmar.Et le programme de recyclage existant de l'entreprise pour ses panneaux solaires lui permet de réutiliser les matériaux plusieurs fois, réduisant encore sa dépendance à l'égard des chaînes d'approvisionnement et des matières premières étrangères.
Alors que First Solar produit des panneaux, les scientifiques de la société et du NREL continuent de tester et d'améliorer la technologie du tellurure de cadmium.En 2019, les partenairesdéveloppé une nouvelle approchecela implique de «doper» les matériaux à couche mince avec du cuivre et du chlore pour obtenir des rendements encore plus élevés.Plus tôt ce mois-ci, NRELannoncé les résultatsd'un essai sur le terrain de 25 ans dans son installation extérieure de Golden, au Colorado.Un réseau de 12 panneaux de tellurure de cadmium fonctionnait à 88% de son efficacité d'origine, un résultat solide pour un panneau qui est resté à l'extérieur pendant plus de deux décennies.La dégradation "est conforme à ce que font les systèmes au silicium", selon le communiqué du NREL.
Mansfield, le scientifique du NREL, a déclaré que l'objectif n'est pas de remplacer le silicium cristallin par du tellurure de cadmium ou d'établir une technologie comme supérieure à l'autre."Je pense qu'il y a une place pour chacun d'entre eux sur le marché, et chacun a ses applications", a-t-elle déclaré."Nous voulons que toute l'énergie provienne de sources renouvelables, nous avons donc vraiment besoin de tous ces différents types de technologies pour relever ce défi."
Heure de publication : 17 septembre 2021