Le CEA-INES dévoile une technologie d’interconnexion de modules PV réduisant l’utilisation d’argent de 26 %

L’institut de recherche français a découvert que passer d’une métallisation des cellules à base d’argent à une métallisation argent-cuivre permet de diminuer la quantité totale d’argent dans un module à hétérojonction, avec une quantité totale d’argent requise de seulement 14 mgAg/W. Leur technique d’interconnexion repose sur des adhésifs électroconducteurs à faible teneur en argent et des rubans de cuivre.

avril 16, 2025 Emiliano Bellini

Image EL après 600 cycles thermiques des rubans de cuivre nu interconnectés avec de l’ECA.

Image : INES, Solar Energy Materials and Solar Cells, CC BY 4.0

L’Institut national de l’énergie solaire (INES), une division du CEA, travaille depuis plusieurs années sur la limitation de l’utilisation de l’argent dans les modules photovoltaïques. Des chercheurs ont ainsi récemment développé une nouvelle technique d’interconnexion de modules photovoltaïques basée sur l’utilisation d’adhésifs électroconducteurs (ECA) à faible teneur en argent, de rubans de cuivre et d’une pâte de métallisation Ag-Cu. « Nous avons évalué trois formulations différentes d’ECA en vérifiant leur compatibilité avec des rubans revêtus de différents matériaux conducteurs comme l’argent, le cuivre nu et l’étain mélangé à de l’argent, a expliqué Rémi Monna, auteur principal de l’étude, à pv magazine. Nous avons constaté que les ECA à faible teneur en argent peuvent surpasser les ECA de générations précédentes en démontrant de meilleures performances et une fiabilité accrue ».

Dans l’étude intitulée « Use of Cu ribbons and Cu-Ag HJT cell metallization on ECA-based interconnection for PV modules », publiée dans Solar Energy Materials and Solar Cells, le scientifique et ses collègues expliquent que leurs tests ont été réalisés sur une cellule solaire à hétérojonction arrière (HJT) basée sur une tranche de type n Czochralski au format M2, ainsi que sur des mini-modules composés de 8 demi-cellules fabriqués avec un encapsulant à base d’élastomère polyoléfinique (POE).

Les couches des cellules ont été déposées par impression au pochoir plutôt que par sérigraphie. Cette méthode a été choisie pour les avantages qu’elle offre en matière de reproductibilité du dépôt dans le temps, selon les chercheurs. Les modules ont été testés conformément à la norme IEC 61215, dans des conditions de chaleur humide (DH) et de cycles thermiques (TC) de vieillissement. « Les paramètres électriques sont mesurés après 100, 200, 400 et 600 cycles thermiques, avec une attention particulière portée au facteur de remplissage du module et à l’imagerie par électroluminescence afin de détecter d’éventuelles hausses de la résistance en série et des défauts d’interconnexion, note l’article. Le test de pelage a été utilisé pour qualifier l’adhésion des rubans d’interconnexion à la métallisation des cellules solaires ».

L’analyse a montré que les cellules et modules métallisés à l’argent présentaient une dégradation inférieure à 2 % après 3 000 heures de chaleur humide, tandis que pour les cellules à base de cuivre, la dégradation par l’humidité apparaissait après 2 000 heures, une valeur jugée « similaire » à celle des modules entièrement métallisés à l’argent.

En outre, les chercheurs ont constaté que passer de la métallisation Ag à la métallisation Ag-Cu permettait de réduire la quantité totale d’argent dans le module, avec seulement 14 mgAg/W requis. Ils ont également établi que l’utilisation d’adhésifs ECA à faible teneur en argent combinée à des rubans de cuivre nu permettait une réduction de la consommation d’argent allant jusqu’à 26 %. « Nous avons mené une analyse préliminaire des coûts. Une étude plus détaillée reste à mener en collaboration avec nos partenaires, en tenant compte des caractéristiques des produits, des volumes de production prévus et d’autres spécificités des lignes industrielles », précise Rémi Monna. La mise en œuvre de cette innovation nécessite un travail conjoint avec les fabricants d’équipements, notamment pour les étapes de sérigraphie et d’interconnexion, ainsi qu’avec les fournisseurs de matériaux. La grande majorité de ces partenaires sont basés en Europe, ce qui constitue un atout ».

Le chercheur a également déclaré que l’INES envisage actuellement de tester cette innovation sur des lignes de production réelles. « Nous travaillons en étroite collaboration avec 3Sun sur les questions liées à la réduction de l’utilisation de l’argent dans les modules, a-t-il indiqué. Par ailleurs, certaines des innovations que nous développons peuvent aussi être transférées à d’autres technologies de cellules, et sont donc potentiellement intéressantes pour d’autres fabricants ». En janvier, l’INES et le fabricant italien de modules solaires à hétérojonction 3Sun, une filiale d’Enel, ont atteint un rendement de conversion de 30,8 % pour une cellule solaire tandem pérovskite-silicium à deux terminaux. Ils ont également développé conjointement des suiveurs de point de puissance maximale DC/DC (MPPT) et atteint un rendement de conversion de 24,47 % pour une cellule solaire au silicium dopée au gallium de type p en mars 2022.

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