Avec la croissance continue et rapide de l'industrie photovoltaïque, dont la production annuelle avoisine désormais 1 térawatt-crête, la disponibilité des matériaux devient un enjeu crucial. L'argent (Ag)consommé globalement pour le photovoltaïque pour collecter les électrons en surface de la cellule puis relier les cellules entre elles, représente 20% de la production mondiale de cette matière. La préservation de cette ressource constitue donc aujourd'hui un vrai défi.

La communauté photovoltaïque s'est fixée pour objectif de réduire la consommation d'argent pour fabriquer une cellule photovoltaïque à 5 mg par watt-crête (mg/Wc), d'ici 2035.[1], [2] Cet objectif porte sur la fabrication de la cellule seule.

La technologie d'interconnexion des cellules solaires par adhésif électro-conducteur (ECA) constitue une solution prometteuse. Elle est basse température, faible stress et sans plomb ni bismuth. L'ECA assure la liaison entre les rubans/fils et les cellules solaires, ou entre les cellules pour les configurations en tuilage (shingle). Cette technologie, d'excellente fiabilité lors des essais de vieillissement accéléré et en conditions extérieures, a fait ses preuves, en particulier pour l'interconnexion de cellules hétérojonction sensibles à la température. Et l'intérêt pour l''interconnexion par ECA devrait croître encore, dans les années à venir, notamment en raison de sa compatibilité avec les nouvelles cellules tandem Si/pérovskite.

Avec cette technologie, les pads de soudure et même les busbars ne sont pas nécessaires, ce qui réduit considérablement la quantité de pâte déposée au niveau de la cellule. Cependant, la quantité d'ECA utilisée pour l'interconnexion reste importante, et c'est sur cette étape de fabrication que la recherche se concentre pour réduire la consommation d'argent. Or il a été démontré que la réduction d'ECA déposée sur la cellule peut nuire à la fiabilité du panneau photovoltaïque. Ainsi, l'approche privilégiée pour réduire la quantité d'argent dans le procédé d'interconnexion, sans affecter la fiabilité, utilise des rubans de cuivre non revêtus et des ECA à plus faible teneur en argent.

Dans nos travaux récents, nous avons utilisé des ECA disponibles dans le commerce à faible teneur en argent et avons également mis au point des ECA à base de particules de cuivre recouvertes d'une fine couche d'argent pour empêcher l'oxydation.

Grâce à l'introduction d'une métallisation entièrement en cuivre au dos des cellules hétérojonction, la quantité totale d'argent dans le panneau a pu être réduite à 7 mg/Wp. Notre résultat porte sur le panneau, soit les cellules et leur interconnexion, accentuant encore l'avance de nos équipes pour adresser ces enjeux de ressources et de compétitivité.

​

​Un article scientifique détaille nos derniers résultats en matière de réduction de la consommation d'argent pour l'interconnexion par ECA de cellules solaires hétérojonction.

Des évaluations de performance et de fiabilité ont été réalisées sur des panneaux hétérojonction réalisés à l'aide de diverses combinaisons de métallisations à base de cuivre, d'ECA et de rubans. Les premiers essais, réalisés avec des rubans de cuivre non revêtus, des cellules métallisées argent-cuivre et des ECA à faible teneur en argent, ont permis d'atteindre une consommation totale d'argent inférieure à 14 mg/Wp. Les résultats montrent que les panneaux dotés de rubans revêtus d'argent se dégradent plus lentement que ceux équipés de rubans de cuivre non revêtus. Cependant, la solution à faible teneur en argent a démontré une bonne résistance à la dégradation par chaleur humide (DH) et cyclage thermique (CT), avec une perte de puissance relative inférieure à 3 % après 3 000 heures de DH et 600 cycles de TC.

Afin de réduire davantage l'utilisation d'argent, une métallisation entièrement à base de cuivre a été appliquée à l'arrière des cellules, ce qui a permis d'obtenir une consommation totale d'argent de 7 mg/Wp dans le panneau. Cependant, la configuration de métallisation hybride Cu-Ag/Cu pur a présenté une dégradation de puissance plus importante (> 4 %) après 1 000 heures de DH en raison de l'oxydation des lignes métalliques. Pour remédier à cela, les futurs panneaux intégreront un joint d'étanchéité sur les bords.

Par ailleurs, le développement d'ECA à base de cuivre est en cours afin de réduire encore davantage l'utilisation d'argent. Des particules cuivre-argent de type cœur-coquille présentant une haute résistance à l'oxydation ont été testées comme charges conductrices, démontrant des résistivités électriques comparables à celles des ECA commerciaux.

En résumé, des progrès substantiels ont été réalisés dans la réduction de la consommation d'argent dans les panneaux photovoltaïques, permettant d'atteindre une consommation totale d'argent de 7 mg/Wp grâce à un procédé d'interconnexion sans bismuth ni plomb, tout en accordant une attention particulière à la fiabilité.

Ces recherches, menées dans le cadre de l'Institut pour la Transition Energétique INES-Technologies (anciennement INES.2S) intéressent tout particulièrement notre partenaire industriel Mondragon Assembly. 

Observation MEB-EDX de particules à structure cœur-coquille, cœur en cuivre et coquille en argent, synthétisées au CEA –
 Crédit CEA / Thèse de doctorat de Nathalie Ronayette / 2025​

Démonstration d'un mini-module à 14 mg Ag/Wc– crédit L GODART CEA