La structure de la cellule solaire HJT, qui signifie Hétérojonction avec Couche Mince Intrinsèque, également connue sous le nom de HIT, est une structure de cellule symétrique à double face. À son cœur se trouve du silicium cristallin de type N. Déposés séquentiellement sur le côté avant se trouvent un film mince de silicium amorphe intrinsèque et un film mince de silicium amorphe de type P, formant ensemble une jonction P-N. En revanche, le côté arrière de la tranche de silicium est stratifié avec un film mince de silicium amorphe intrinsèque et un film mince de silicium amorphe de type N, créant un champ de surface arrière. En raison de la faible conductivité du silicium amorphe, des oxydes conducteurs transparents (TCO) sont déposés sur les deux côtés de la cellule pour la conduction. Enfin, les électrodes à double face sont formées à l'aide de la technologie d'impression sérigraphique.

Trois matériaux clés utilisés dans les cellules solaires à hétérojonction sont le silicium cristallin (c-Si), le silicium amorphe (a-Si) et l'oxyde d'indium et d'étain (ITO).

Silicium Cristallin (c-Si)

Le silicium cristallin (c-Si) constitue l'épine dorsale de l'industrie photovoltaïque en évolution rapide, couramment utilisé sous forme de tranches cristallines pour fabriquer des cellules solaires à homojonction standard. Il existe deux types de c-Si : polycristallin et monocristallin, mais seul le silicium monocristallin est considéré pour les cellules solaires HJT en raison de sa pureté plus élevée et, par conséquent, de son efficacité plus élevée.

Silicium Amorphe (a-Si)

Le silicium amorphe (a-Si) a été découvert dans les années 1970 comme étant adapté à la technologie photovoltaïque en couches minces et pouvant servir de semi-conducteur dans les cellules solaires, ce qui en fait le deuxième matériau le plus important dans la fabrication de cellules solaires à hétérojonction. Bien que le a-Si lui-même présente des défauts de densité, les processus d'hydrogénation peuvent résoudre ces problèmes, ce qui donne du silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Ce processus, qui permet un dopage plus facile et une bande interdite plus large, le rend plus adapté à la fabrication de cellules HJT.

Oxyde d'Indium et d'Étain (ITO)

L'oxyde d'indium et d'étain (ITO) est le matériau préféré pour la couche d'oxyde conducteur transparent (TCO) dans les cellules solaires à hétérojonction. La technologie de dépôt de films d'oxyde conducteur transparent (TCO) est cruciale pour les performances élevées des dispositifs optoélectroniques. Les caractéristiques de réflectivité et de conductivité de l'ITO en font une excellente couche de contact et une couche externe pour les cellules solaires HJT.

Le processus de fabrication des cellules HJT est relativement court. Il se compose principalement de quatre étapes : la texturation, le dépôt de silicium amorphe, le dépôt d'oxyde conducteur transparent (TCO) et l'impression sérigraphique. Cela représente un nombre beaucoup moins élevé d'étapes par rapport au PERC (10 étapes) et au TOPCON (12-13 étapes). Le dépôt de silicium amorphe utilise principalement la méthode de dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma (PECVD). Actuellement, il existe deux méthodes de dépôt de films TCO : le dépôt plasma réactif (RPD) et le dépôt physique en phase vapeur (PVD).

Le principe de fonctionnement des cellules solaires à hétérojonction est similaire à celui des autres composants photovoltaïques. Sous l'effet photovoltaïque, la principale distinction de cette technologie réside dans l'utilisation d'un matériau absorbant à trois couches combinant des technologies de couches minces et photovoltaïques traditionnelles. Ce processus implique de connecter une charge aux bornes du module, où les photons sont convertis en énergie électrique, générant un courant qui circule à travers la charge.

Pour générer de l'électricité, les photons frappent l'absorbeur à jonction P-N et excitent les électrons, les faisant passer dans la bande de conduction, créant ainsi des paires électron-trou (e-h).

Les électrons excités sont collectés par les bornes connectées à la couche dopée en P, générant un courant qui circule à travers la charge.

Après avoir circulé à travers la charge, les électrons reviennent au point de contact arrière de la cellule et se recombinent avec les trous, complétant cette paire e-h particulière. Alors que le module génère de l'électricité, ce cycle se produit continuellement.

Un phénomène appelé recombinaison de surface se produit dans les composants photovoltaïques standard en silicium cristallin, limitant leur efficacité. Dans ce processus, les électrons excités se combinent avec les trous à la surface du matériau, les faisant se recombiner, et les électrons ne sont pas collectés pour circuler comme courant.

Pour réduire la recombinaison de surface, les cellules à hétérojonction utilisent un film mince semi-conducteur de passivation pour séparer les contacts actifs hautement recombinants (Ohmiques) des couches à base de tranche, avec une couche tampon constituée d'une couche à bande interdite plus large de a-Si:H. Cette couche tampon permet au flux de charge d'être suffisamment lent pour générer une tension élevée mais assez rapide pour éviter la recombinaison avant que les électrons ne soient collectés, améliorant ainsi l'efficacité des cellules à hétérojonction.

Dans le processus d'absorption de la lumière, les trois couches semi-conductrices absorbent les photons et les convertissent en énergie électrique.

Les photons arrivant en premier sont absorbés par la couche extérieure en a-Si:H, les convertissant en énergie électrique. Cependant, la plupart des photons sont convertis par la couche de c-Si, qui a le rendement de conversion d'énergie solaire le plus élevé parmi les matériaux de la cellule. Les photons restants sont finalement convertis par la couche de a-Si:H à l'arrière du module. Ce processus en trois étapes explique pourquoi les cellules solaires à hétérojonction à simple face atteignent des rendements allant jusqu'à 26,7%.

• Haute Efficacité : Dotée de cellules solaires à hétérojonction (HJT) de haute efficacité et d'une technologie avancée de demi-cellule, cette technologie atteint des rendements de module supérieurs à 22,87%.
• Cellules de Grande Taille : Utilise des cellules solaires HJT de 210 mm efficaces, offrant une plus grande surface pour une absorption accrue de la lumière solaire et une production d'énergie plus élevée dans une forme compacte.
• Faible Dégénérescence : Les cellules HJT évitent les effets de LID, LeTID et PID grâce à un film TCO non polarisant, entraînant moins de 11,1% de dégradation de puissance sur 30 ans, garantissant une production d'énergie stable à long terme.
• Moins de Processus : Le processus de fabrication est plus court, impliquant principalement quatre étapes : la texturation, le dépôt de silicium amorphe, le dépôt de TCO et l'impression sérigraphique ; ce qui est significativement moins que le PERC (10 étapes) et le TOPCON (12-13 étapes).
• Technologie de Film Mince : La technologie HJT à haute efficacité combine le silicium cristallin et les technologies de film mince en silicium amorphe, offrant des capacités exceptionnelles d'absorption de la lumière et de passivation.
• Performance Stable en Hautes Températures : Présente le coefficient de température de puissance le plus stable de -0,24%/°C, assurant une production d'énergie stable dans des environnements à haute température avec une perte de puissance minimale et une amélioration de rendement constante.

• Gain de puissance supplémentaire : Les cellules HJT avec des structures symétriques à l'avant et à l'arrière ainsi qu'une conception de grille atteignent un taux d'utilisation du côté arrière de plus de 95%, offrant plus de 30% de gain de puissance supplémentaire par rapport au PERC et au TOPCON.
• Performance supérieure en basse lumière : En insérant un film mince intrinsèque i-a-Si:H entre le silicium cristallin et le silicium dopé en film mince, les cellules HJT passivent efficacement les défauts de surface du silicium cristallin, ce qui se traduit par une tension de circuit ouvert plus élevée, un spectre d'absorption de lumière plus large et un démarrage plus rapide dans des conditions de faible luminosité.
• Processus à basse température : Les cellules HJT utilisent un film mince à base de silicium pour former la jonction pn, avec des températures de processus de soudure inférieures à 250°C, réduisant ainsi le stress thermique et les dommages dus aux hautes températures sur les cellules.
• Pas de découpe de cellule : Le processus complet de fabrication de demi-cellules sans découpe de cellule minimise les impacts de micro-fissures.
• Haute flexibilité : La structure de cellule unique des cellules HJT améliore considérablement la flexibilité des cellules, réduisant ainsi le risque de micro-fissures pendant le transport et l'installation, et améliorant la fiabilité des centrales électriques.

Les panneaux solaires à hétérojonction (HJT) offrent un rendement bifacial élevé et des coefficients de température bas, ce qui améliore l'efficacité de production d'énergie et la sortie, réduisant efficacement le coût de l'électricité. Ils sont particulièrement adaptés aux régions d'Europe où les températures estivales sont plus élevées et sont idéaux pour les installations photovoltaïques agricoles, les abris de voiture solaires et les clôtures photovoltaïques.

Compte tenu des nombreux avantages de la solution à hétérojonction (HJT), il est probable que de plus en plus d'entreprises continueront d'adopter cette technologie dans un avenir proche. Comme le processus de fabrication des cellules HJT comporte quatre étapes de moins que la technologie PERC, il a le potentiel de permettre des économies de coûts significatives. Bien que le PERC ait été le choix populaire dans l'industrie pendant de nombreuses années, son processus de fabrication complexe ne peut pas rivaliser avec le HJT. De plus, le PERC n'a pas l'avantage de performance à haute température du HJT.

Selon le rapport ITRPV 2019, les cellules à hétérojonction (HJT) devraient représenter 12 % de la part de marché d'ici 2026 et 15 % d'ici 2029.

Référence :

https://www.kanekaenergysolutions.com/what-is-heterojunction-technology-hjt-in-the-solar-industry

https://solarmagazine.com/solar-panels/heterojunction-solar-panels/#Looking_into_the_future_of_heterojunction_technology