Le CEA Liten a inauguré un équipement d’assemblage de panneaux photovoltaïques d’un nouveau genre. Développé avec l’entreprise Roctool, il doit permettre d’industrialiser la production de panneaux plus légers et facilement recyclables.

En 2024, en Europe, l’énergie solaire a dépassé le charbon pour la production d’électricité. Un résultat acquis grâce à la maturité de la technologie des panneaux photovoltaïques à base de verre et de silicium. Ce résultat n’empêche pas la recherche de développer de nouvelles générations de panneaux photovoltaïques et des procédés de fabrication inédits.

Le CEA Liten et sa branche dédiée à l’énergie solaire, l’Ines, travaillent ainsi sur l’utilisation de nouveaux matériaux pour fabriquer des panneaux solaires. « Actuellement, un panneau est composé d’une couche de silicium (insérée dans un polymère thermodurcissable) et de deux couches de verre. Le verre protège la cellule qui est fragile, mais l’ensemble reste lourd », explique Magali Davenet, responsable des partenariats solaires au CEA-Liten.

Panneau solaire en 3D

Le centre de recherche développe ainsi, depuis plusieurs années, un procédé de fabrication de panneaux photovoltaïques à partir de matériaux thermoplastiques et de composites à matrice polymère. Ces matériaux ont l’avantage d’être plus résistants que le verre. L’autre atout est la possibilité de donner des formes complexes aux panneaux, par exemple courbés, ou en 3D. « Jusqu’ici, les panneaux photovoltaïques étaient produits avec un laminateur simple. Grâce à ce nouveau procédé, nous pouvons imaginer des formes complexes, en utilisant des moules, sans casser la cellule », souligne Eszter Voroshazi, responsable de l’équipe modules et systèmes au CEA Liten.

Grâce à ce nouveau procédé, nous pouvons imaginer des formes complexes, en utilisant des moules, sans casser la cellule

Eszter Voroshazi

Il restait à développer un processus de production adapté. Le CEA Liten a ainsi inauguré une presse de thermocompression avec chauffage par induction, mise au point avec Roctool, entreprise spécialiste dans les technologies de chauffage et de refroidissement rapides pour l’injection plastique et le moulage composite. Le LIT™ Rapid Solar permet de chauffer jusqu’à 260 °C les matériaux, contre 180 °C habituellement, d’atteindre des pressions de six bars, contre un généralement, et d’entamer le refroidissement sous pression. « Ces performances sont une vraie rupture, car elles permettent d’utiliser des matériaux différents que nous ne pouvions pas employer jusqu’ici », souligne Eszter Voroshazi.

Répondre aux nouveaux usages

Cette innovation correspond aussi à une évolution du marché. « Les gens pensent tout de suite à des carrés lorsque nous leur parlons de panneaux photovoltaïques, mais un panneau peut avoir d’autres formes, il faut d’abord penser à l’usage », indique Eszter Voroshazi. « Nous constatons de plus en plus d’intégration de panneaux photovoltaïques dans des infrastructures ou des bâtiments », continue-t-elle. D’autres secteurs tirent également les besoins d’innovations, comme le solaire pour la mobilité, ou pour le spatial. « Ces usages posent des contraintes de légèreté », souligne Magali Davenet. D’ailleurs, l’équipe a exposé au salon CES de 2023 un panneau solaire intégré à un capot de voiture, développé avec Stellantis. « Les futures voitures électriques pourraient bien être solarisées », se projette Eszter Voroshazi.

Anticiper les besoins de recyclage

Cette presse peut aussi faciliter le recyclage des matériaux des panneaux photovoltaïques. « Les thermodurcissables sont assez complexes à recycler », rappelle Magali Davenet. Or, les industriels doivent désormais intégrer dans leurs équipements les conditions de leur recyclabilité. Cela demande de mieux séparer les différentes couches qui composent le panneau. L’utilisation de thermoplastiques doit faciliter les opérations de recyclage. Il s’agit désormais d’optimiser la récupération d’autres matériaux de valeur, comme certains métaux critiques contenus dans les cellules.

Le CEA travaille sur la prochaine génération de panneaux

Cette innovation pourrait en appeler d’autres, développées au sein des équipes du Liten. L’institut travaille sur l’ensemble de la chaîne de valeur du solaire, des cellules, les modules et systèmes et, enfin, l’intégration dans les réseaux. Ces travaux pourraient notamment faciliter l’intégration et la production de cellules photovoltaïques nouvelle génération, comme les cellules tandem ou en pérovskite. « Cet équipement pourrait aider à diffuser la technologie photovoltaïque », souligne Magali Davenet. Récemment, le CEA a réussi à atteindre un rendement de 30,8 % avec une cellule tandem pérovskite silicium, en partenariat avec l’entreprise 3SUN.