1. Que signifie PERC?
C’est un terme anglais qui signifie littéralement Passivated Emitter and Rear Cell. L’on trouve également le terme Passivated Emitter and Rear Contact.

2. Qu’est-ce que c’est?
La technologie PERC définit une architecture de cellule solaire qui diffère de celle majoritairement utilisée au cours des trois dernières décennies et qui est généralement présentée dans tous les manuels photovoltaïques.

A ce jour, la grande majorité des cellules solaires en silicium cristallin sont produites selon l’architecture ci-dessous.

De la face avant à la face arrière :
– Pâte en argent sérigraphiée pour former les contacts
– Traitement antireflet
– wafer dopé avec du Bore (type P) pour former la junction P-N
– surface arrière – aluminum Back Surface Field (Al-BSF)
– Pâte d’aluminium sérigraphiée

L’objectif des scientifiques étant de maximiser la collecte d’électrons au sein d’une cellule solaire, l’architecture PERC permet essentiellement d’améliorer la capture de la lumière près de la surface arrière de la cellule et donc de maximiser la production d’électrons.

3. PERC et PERC?
Sous l’acronyme PERC se retrouvent également des technologies dénommées PERL, PERT ou encore PERF. Même si elles n’étaient pas considérées dans la nomenclature PERC originale, elles sont désormais considérées comme faisant partie de la même famille.

4. Quel est l’intérêt de la technologie?
Le principal avantage de l’architecture PERC et est de permettre aux fabricants de cellules solaires d’atteindre des rendements de conversion plus élevés que les technologies jusqu’ici standard qui atteignent leurs limites physiques. En l’état actuel de la technologie, il est possible d’atteindre un gain absolu de rendement de 1%. Alors qu’il y a plus d’étapes dans le process de fabrication, le gain de rendement permet de réduire le coût global, aussi au niveau du système. Il faut également toujours garder en tête que le Graal est d’améliorer le rendement tout en réduisant les coûts. Et le rendement des cellules solaires est un contributeur de la réduction des coûts.
Cette architecture de cellule est donc actuellement considérée comme l’une des plus prometteuses pour produire des modules avec un rendement supérieur à des coûts compétitifs.

5. Est-ce nouveau?
L’architecture PERC n’est en fait pas nouvelle du tout. La première évocation de la technologie est à mettre au crédit de l’Université de Galles du Sud (UNSW) en Australie en 1983 et le premier papier de recherche a été publié en 1989 [1]. Parce que ce concept offrait un excellent potentiel pour atteindre des rendements élevés, l’UNSW s’est basé dessus pour atteindre de multiples records de rendements qu’ils ont porté à 25% [2]. Les deux autres technologies concurrentes étaient la technologie Back Contact, popularisée par la suite par Sunpower, et la technologie HIT, commercialisée par Sanyo/Panasonic.

6. Pourquoi maintenant?
Il est intéressant de souligner que la technologie standard présentée plus haut est utilisée depuis le milieu des années 80. Depuis, la technologie est passée par des améliorations incrémentales avec de meilleures pâtes pour former les contacts avants, des “fingers” plus fins, des traitements antireflet optimisés… Cela a pris presque 30 ans à l’industrie pour rattraper les performances atteintes au niveau de la recherche.
Le graphique suivant résume la quête historique de l’industrie pour améliorer sa technologie.

Comme évoqué précemment, il y a toujours un écart entre les performances atteintes au niveau de la recherche et celles observées en production de masse au niveau industriel. Si la technologie PERC commence à émerger plus significativement, c’est donc principalement pour des raisons économiques. En effet, l’industrie doit toujours trouver un compromis pour atteindre des concepts viables d’un point de vue technique et économique. Pendant 30 ans, les améliorations incrémentales apportées à la technologie classique Al-BSF étaient pertinentes. Mais maintenant que la technologie atteint ses limites et que la chaîne de valeur autour de la technologie PERC est pertinente économiquement et techniquement, alors cette architecture peut constituer une nouvelle plateforme pour continuer à améliorer les performances des cellules solaires.
Comme anticipé par ITRPV, une organisation qui rassemble des industriels présents à différentes étapes de la chaîne de fabrication et qui travaille sur les tendances technologiques, la technologie PERC devrait progressivement se tailler la plus grosse part du gâteau. Comme illustré par le graphique du NREL, c’est le sens de l’histoire que de chercher à améliorer la technologie.

7. Est-ce que la technologie PERC est intrinsèqument meilleure en situation de faible irradiation (weak light behavior)?
En parallèle du développement de la technologie PERC, nous avons vu apparaître sur les fiches techniques des arguments relatifs au meilleur comportement sous faible irradiation (< 1000W/m², typiquement une courbe avec une valeur donnée pour une irradiation de 200 W/m²). Il est donc légitime de se demander si les deux éléments sont liés. S’il est vrai qu’on trouve des modules équipés de cellules PERC présentant un meilleur comportement sous faible irradiation, cela n’a rien à voir avec la technologie PERC elle-même. Toutes les cellules ont ce potentiel et c’est un point que nous aborderons dans un prochain article.

8. Challenges liés à la technologie
Comme pour toute nouvelle technologie, le challenge derrière la technologie PERC est la capacité à produire en masse tout en assurant la fiabilité du process . Chez aleo, nous respectons le savoir-faire et il y en a pour fabriquer ce type de cellule.
Parmi les challenges liés à cette technologie, deux peuvent particulièrement impacter le possesseur d’une installation équipée de cette technologie.
Le premier est lié à l’effet LID (Light Induced Degradation), cette dégradation qui intervient lors de la première exposition au soleil. Elle explique le fait que les fabricants proposant des garanties linéaires ne garantissent jamais 100% de la puissance nominale après la première année. Le niveau de dopage étant généralement plus élevé sur des cellules PERC, l’effet négatif du LID est donc accru par rapport aux cellules Al-BSF.
Il y a également un sujet lié à l’effet PID (Potential Induced Degradation). De nombreux articles évoquent cette question, spécialement pour la technologie PERC polycrystalline. Ce n’est pas un sujet trivial puisque ce phénomène peut faire dramatiquement chuter les performances d’une installation. Nous ne pouvons que recommander de s’assurer que les modules sont au moins certifiés selon la norme IEC TS 62804 et qu’il y a une confiance et une consistance dans la manière avec laquelle le fabricant s’assure que ses modules sont exempts d’effet PID.

Sources

[1]: A.W.Blakers, A.Wang, A.M.Milne, J.Zhao, M.A.Green, 22.8%Efficient Silicon Solar Cell, Appl. Phys. Lett. 55 (1989) 1363–1365.
[2]: Zhao J; Wang A; Keevers MJ; Green MA, 2000, High efficiency PERT cells on SEH p-type Si substrates and PERT cells on SHE n-type Si substrates

[3]: M.A. Green, The Passivated Emitter and Rear Cell(PERC):From conception to mass production, Solar Energy Materials & Solar Cells 143 (2015) 190–197

[4]: M.A. Green, Forty Years of Photovoltaic Research at UNSW, Journal and Proceedings of the Royal Society of New South Wales, vol. 148, nos. 455 & 456, pp. 2-14