« Photovoltaïque : le bel avenir des couches minces en silicium amorphe »

Tribune

Vanessa Godefroy, Responsable de l’activité Energie d’Alcimed.







En mars 2007, les chefs d’Etat et de gouvernement européens ont approuvé un plan d’action pour une politique énergétique commune fixant un objectif de 20% d’énergies renouvelables dans la consommation énergétique totale de l’Union Européenne d’ici 2020. Cet objectif ambitieux (la part d’énergies renouvelables étant à ce jour de 8,5%) nécessitera de miser tant sur les technologies établies que sur les filières proches de la maturité mais encore peu exploitées aujourd’hui.

A cet égard, l’industrie photovoltaïque constitue un formidable levier dans le domaine des cleantechs. Elle repose aujourd’hui essentiellement sur les technologies à base de silicium (cristallin et amorphe). Le silicium cristallin, technologie établie et désormais mature, domine très largement avec près de 90% de parts de marché. Le silicium amorphe présente quant à lui des atouts importants pouvant en faire un puissant relais de croissance pour le photovoltaïque.

La principale différence entre ces deux technologies, toutes deux basées sur le silicium, réside dans la structuration des cellules photovoltaïques, et par conséquent dans les procédés de fabrication.

Le triple avantage du procédé de fabrication des cellules en silicium amorphe

Alors que les cellules photovoltaïques à base de silicium cristallin sont constituées de couches de silicium ordonné, ce qui nécessite un procédé lourd et coûteux, les couches de silicium amorphe présentent une structure désordonnée. En raison d’un coefficient d’absorption de la lumière du spectre solaire nettement plus élevé, l’épaisseur de la couche de silicium amorphe est considérablement réduite : il est déposé en « couche mince », une épaisseur 300 à 400 fois moindre que celle d’une cellule à base de silicium cristallin.

Le procédé de fabrication des cellules à base de silicium amorphe présente le triple avantage d’être moins complexe, moins énergivore et de consommer nettement moins de matières premières que le procédé de purification multi-étapes de production des cellules en silicium cristallin.

On peut alors s’interroger sur les raisons de la nette prédominance du cristallin. La différence de rendement entre les deux technologies est a priori souvent évoquée : les systèmes photovoltaïques à base de silicium cristallin atteignent des rendements d’environ 15%, une valeur à diviser par deux pour le silicium amorphe.

En réalité, on comprend mieux la domination du cristallin quand on relit l’histoire du photovoltaïque. En effet, le développement du photovoltaïque dans les années 1960 s’est appuyé sur celui de l’industrie des semiconducteurs (qui nécessite du silicium cristallin ultra pur), tandis que les techniques de production de couches minces n’étaient que très peu connues.

Jusqu’au boom relativement récent du photovoltaïque, le silicium utilisé pour les cellules était ainsi majoritairement issu des rebuts de l’électronique. Les cellules à base de silicium cristallin ont progressivement gagné en rendement au fur et à mesure de leur développement, la filière plus récente de l’amorphe n’ayant pas encore connu une telle courbe d’apprentissage et de développement.

Les toitures industrielles, un champ d’application très pertinent

Le déficit de rendement du silicium amorphe peut être comblé en augmentant la surface des couches minces. Les systèmes à base de silicium cristallin sont déployés à grande échelle, tandis que les couches minces sont encore majoritairement utilisées dans des applications de petite puissance comme des calculatrices ou des montres. Pourtant, malgré son plus bas rendement, la filière amorphe devient compétitive dans les cas où de grands espaces sont disponibles.

Pour une capacité installée donnée, la surface requise en couches minces est proche du double de celle d’un système à base de silicium cristallin. Cependant, grâce aux coûts de production nettement moins élevés, la solution couche mince ne coûte pas plus cher.

Les toitures industrielles constituent un exemple d’application particulièrement pertinente pour le silicium amorphe. Différents projets voient le jour, comme par exemple l’installation de 10 000 m2 de couches minces sur le toit d’une plate-forme logistique à Sénart en Seine-et-Marne. De plus, la légèreté des couches minces permet d’éviter l’installation d’une structure supplémentaire de renforcement du toit, nécessaire au soutien des modules cadrés en silicium cristallin. Les couches minces sont ainsi livrées en rouleaux et collées directement sur le toit.

Enfin, dernier argument en faveur de l’amorphe pour les toitures industrielles, les couches minces sont moins sensibles à une occultation partielle de la surface ou à des températures externes élevées que le silicium cristallin.

Les couches minces à base de silicium amorphe représentent donc une technologie photovoltaïque à fort potentiel. Il ne faut pas non plus oublier les autres filières en développement, peu connues comme par exemple des couches minces à base de tellure de cadmium ou de matériaux organiques.

Dans un contexte de soutien politique marqué, nul doute que l’industrie en pleine croissance de l’énergie photovoltaïque connaîtra une montée en puissance des couches minces en silicium amorphe. On peut d’ailleurs estimer que ses parts de marché dans le photovoltaïque, actuellement d’environ 5%, vont au moins doubler d’ici 2020.

Il pleut du capital-investissement sur les toits photovoltaïques

La semaine dernière, coup sur coup, deux opérateurs d’électricité solaire, 8’33 et Solairedirect, ont annoncé des augmentations significatives de capital.

Lire :

* 8'33 augmente sa capacité d'investissement

* Solairedirect entend garantir la sécurité énergétique du sud-est de la France

Solairedirect entend garantir la sécurité énergetique du sud-est de la France

« Il y a quinze jours, sur la Côte d’Azur, trois millions de personnes ont été privées d’électricité pendant trois heures, lance tout de go Thierry Lepercq (photo ci-dessous). La région a vécu un vrai mouvement de panique. »

Un mouvement de panique que le PDG de Solairedirect, ayant rencontré plusieurs élus de Paca, qualifie même d’« économique » : « les infrastructures d’approvisionnement énergétique de la région souffrent d’une vraie faiblesse en termes de transport électrique. » La région Paca produit 25% de l’électricité qu’elle consomme, le reste étant importé de l’électricité nucléaire de la vallée du Rhône.

L’objectif de Solairedirect est de combler cette déficience énergétique régionale. Pour se donner les moyens de son ambition, Solairedirect, fondé en 2006, vient notamment de renforcer son capital. Il annonce une levée de fonds de 20 M€. La deuxième après celle de 6 millions d’euros réalisée en mars 2007. Un second tour bouclé auprès de ses actionnaires historiques (Demeter Partners, Schneider Electric Ventures, TechFund), qui injectent 10 M€, et de mutuelles d’assurances (Macif, l'AGPM, l'UMR, ainsi qu’Ofivalmo Partenaires).

« Cette augmentation de capital survient alors que nous avions déjà atteint un stade d’industrialisation de nos activités », affirme Thierry Lepercq. L’entreprise compte 150 collaborateurs et 1500 clients – des installations résidentielles chez des particuliers pour la quasi-totalité. Fin 2008, le chiffre d’affaires devrait s’élever à 25 millions d’euros et le fort volume d’affaires en cours devrait se solder par un CA en 2009 en forte hausse à hauteur de 200 millions d’euros environ.

Parallèlement, l’opérateur solaire développe actuellement dans le sud-est une trentaine de parcs solaires d’une puissance cumulée de 300 MW, soit un potentiel de revenus équivalent à 1,2 milliards d’euros !

Le coût du module photovoltaïque en baisse, inférieur à 3 euros/watt

« Le tarif de rachat subventionné du kilowatt solaire, c’est comme les roulettes d’un vélo, il faut se préparer au moment où on retirera les roulettes », dit Thierry Lepercq. Et d’après lui, dans la région sud-est, Solairedirect pourra retirer ses roulettes à l’horizon 2011. En France, le premier parc (voir photo ci-dessus) – d’une puissance de 4,2 MW - à avoir obtenu un permis de construire suite à une enquête publique, est en cours de construction à Vinon-sur-Verdon (Var), dans le cadre de Solaire Durance, société détenue conjointement par Solairedirect et la Caisse des Dépôts. Le chantier est en cours d’achèvement.

La mise en opération de la centrale solaire débutera au printemps 2009. L’autonomie énergétique de la petite ville varoise de 4000 habitants est prévue pour la fin de l’année prochaine.

Pour répondre à la progression de son volume d’affaires, Solairedirect, en plus de mettre en œuvre et d’exploiter des réseaux de production décentralisée, produit ses propres modules photovoltaïques. Plus exactement, il fabrique 30% des modules liés à ses projets, et se fournit, pour les 70% restants, chez l’Allemand Centrosolar, et le Chinois Yingli.

L’opérateur fabrique ses modules solaires dans sa première unité de production basée en Afrique du Sud à Cape Town et gérée par sa filiale Solairedirect Technologies. Cette unité fournit une capacité de production de 36 MW. « Sur une ligne de production, nous positionnons 16 personnes, quand Tenesol en a besoin de 64 », se targue Thierry Lepercq. Le patron de Solairedirect peut avancer une telle comparaison puisque la direction de l’usine de Solairedirect Technologies est assurée par Stéphane Jallat, lequel fut à l’origine des activités de fabrication de modules photovoltaïques de Tenesol en Afrique du Sud à… Cape Town.

Pour sa production de modules, Solairedirect a signé un contrat pluriannuel d’approvisionnement de cellules avec l’Allemand Q-Cells. « Notre processus de fabrication industrialisé participe à la réduction du coût des modules, indique Thierry Lepercq. De 3,6 euros le watt en 2007, on atteint aujourd’hui des prix inférieurs à 3 euros le watt. »

L’équipe de Solairedirect

• Thierry Lepercq, Président de Solairedirect. HEC, il est notamment en charge de l’activité parcs solaires et des financements. Il apporte son expertise de la création et du développement d’entreprises de technologie, d’ingénierie financière et de la négociation de rapprochements et de partenariats. Après une carrière de banquier d’affaires dans le secteur des hautes technologies (Bankers Trust, Banque Arjil, Oddo), il monte en 1999 NetsCapital, le premier établissement financier dédié aux sociétés de technologie, puis en 2003 Novatio Partners, un cabinet de conseil spécialisé dans l’innovation dans le secteur de l’énergie. Il a notamment coordonné les travaux du Réseau Innovation Energie, réunissant de grands énergéticiens et des capital-risqueurs.
  

• Amaury Korniloff, Directeur Général délégué, en charge des activités résidentielles et tertiaires.Mines de Paris, il apporte l’expertise du marketing stratégique dans le secteur de l’énergie et du développement d’activités nouvelles dans le secteur. Après différentes fonctions dans le groupe Shell (Chef de service Matériel, Directeur Etablissement de distribution), il prend la Direction Stratégie et Marketing de Butagaz en 1998. Il devient en 2004 Directeur du développement de Poweo.
  

• Stéphane Jallat, Managing Director Solaire Technologies. Il assure chez Solairedirect la direction de l’usine de production de panneaux solaires en Afrique du Sud. Il a également la responsabilité des partenariats industriels. Supelec, il apporte l’expertise du management de process industriels et de la négociation de partenariats industriels. Il a été à l’origine de l’activité industrielle de Tenesol, filiale photovoltaïque de Total et EDF. Il était précédemment Directeur Général de Tenesol (Afrique du Sud), une unité industrielle de fabrication de modules photovoltaïques.
  

• Abdel Bounia, Directeur Parcs Solaires. Il a un diplôme d’ingénieur britannique (B Eng Paisley University) et apporte l’expertise de l’ingénierie photovoltaïque et électrique ainsi que de la gestion de projets. Après une carrière chez Tenesol il a rejoint Photowatt, premier producteur français de cellules et modules photovoltaïques pour prendre la responsabilité de l’activité ingénierie.
  

• Pierre-Yves Lenglart, Directeur des marchés professionnels. Ingénieur agronome, titulaire d’un MBA HEC, il apporte sa connaissance des marchés industriels et son expérience de management international développée dans le groupe Tetra Laval (Tetra Pak, Sidel) en France, Afrique du Nord, Hongrie et Italie.
  

• Nicolas Sadon, Directeur du développement parcs solaires. Diplômé de Sciences Po Aix et de l'EM Lyon, et titulaire d’un Master en Aménagement du territoire, il apporte sa connaissance des collectivités locales et de l’administration. Il a précédemment exercé des missions de conseil pour le groupe Altran, puis rejoint l’administration sur des missions de développement économique pour l’Ambassade de France en Afrique et d’aménagement du territoire autour du projet ITER pour la Préfecture de Région Paca.
  

• Stéphanie Gosset, Directrice Marketing et Commerciale. Diplômée de Centrale elle apporte l’expertise du marketing stratégique et opérationnel, ainsi que la connaissance de la gestion de réseaux de distribution et d’installation dans le domaine de l’énergie. Elle était précédemment Directrice Marketing et Stratégie de Butagaz.
  

• Jean-Pascal Pham-Ba, Secrétaire Général de Solairedirect. Diplômé en Droit économique et financier de l’Université de Paris I Sorbonne, il structure l’ensemble des relations juridiques et sociales du groupe. Il était précédemment avocat au sein du cabinet Gide Loyrette Nouel où il accompagnait des énergéticiens et des établissements financiers internationaux en matière d’entreprises communes, de réorganisaton et de contentieux haut de bilan.
  

• Pierre Casado, Directeur Financier. ESCP, il apporte l’expertise des financements structurés et de la gestion de services environnementaux long terme aux Collectivités locales. Après différentes fonctions à la direction financière du groupe Total (ingénieur financier, responsable de la salle des marchés, chargé d’affaires M&A), il rejoint le cabinet de conseil en management McKinsey où il est consultant dans les domaines de la stratégie et de la finance d’entreprise. De 2002 à 2008, il est directeur financier puis secrétaire général du groupe Saur, un des leaders français des services aux collectivités locales dans les domaines de l’environnement.
  

• Patrick Braut, Directeur Ingénierie. Diplômé de l’Institut Supérieur d’Electronique du Nord. Il apporte son expérience de l’ingénierie des systèmes, développée dans les groupes Nortel Networks et Alcatel Lucent en France, Asie, Etats Unis ou il était responsable de l’ingénierie des réseaux Gsm et de leurs performances.
  

Eolite Systems s’apprête à industrialiser ses lasers à fibre

Cette jeune entreprise girondine annonce sa seconde levée de fonds d’un montant de 2,8 millions d’euros réalisée auprès d’Oddo Asset Management et de Bluebird Venture. Et cela, après un premier tour bouclé auprès de Turenne Capital et Aquitaine Creation Investissement, à hauteur de 1,3 M€.

Cette injection de capitaux va permettre à Eolite Systems d’entrer dans une phase d’industrialisation et de commercialisation de ses lasers à fibre. La fabrication en série est prévue pour l’an prochain. L’unité de production (à Pessac) est en train d’être montée.

« Au départ, nous pensions cibler le marché des écrans plats, explique Philippe Métivier, Président de la jeune entreprise. Mais, aujourd’hui, ce qui tire l’activité, c’est la fabrication de cellules solaires. »

Et d’après lui, la forte vague du photovoltaïque devrait durer 2 à 3 ans.

Pour simplifier, Philippe Métivier compare un laser à un marteau-piqueur optique : il grave à très haute cadence, fait des petits trous, trace des lignes, découpe des matériaux comme le silicium, le verre, ou des matériaux organiques comme des couches plastiques minces.

« On prend un substrat, la plupart du temps du verre, on dépose des couches, et entre chaque dépôt de couche, on trace des pistes au laser, comme dans une imprimante laser », professe-t-il.

Intérêt des lasers d’Eolite par rapport aux concurrents : ils offrent une meilleure cadence, un meilleure rendement, et donc une meilleure puissance.

« On place une nouvelle technologie au cœur du laser impulsionnel, à savoir de la fibre optique, précise Philippe Métivier. Le rendement du laser est meilleur. »

Le rendement d’un laser traditionnel est mauvais, autrement dit l’énergie électrique en entrée se traduit par une faible énergie lumineuse. Les tout premiers lasers exposaient des rendements de quelques pourcents : 1 kW à la prise, quelques dizaines de watts en sortie.

Avec des lasers à fibre, on obtient des rendements compris entre 30% et 50%. Mieux, avec Eolite, le gain de rendement par rapport aux lasers qui existent dans l’industrie est de 20 à 30%.

« On amène une meilleure efficacité écologique et économique, mais surtout une cadence augmentée d’environ 30%, » résume Philippe Métivier.

De l’énergie électrique est chargée dans un barreau. L’énergie lumineuse sort pendant une durée très courte, 10 nanosecondes.

« On a une puissance tellement forte pendant un temps extrêmement court, que lorsque vous envoyez cette énergie lumineuse sur une surface, elle fait un trou. La partie du matériau en face du faisceau est vaporisée. Et ça, à très haute cadence, à une fréquence de 100 kHz, soit 100000 tirs par seconde. »

Avec ce principe, on peut tracer des tranchées de 30 microns sur du silicium. « On parvient à faire du tracé à plus de 500 millimètres/sec, se réjouit le patron d’Eolite. Les techniques laser actuelles ne permettaient pas de dépasser 400 mm/sec. »

Les concurrents d’Eolite ne sont pas orientés sur le laser à fibre

« Nos concurrents ne sont pas des concepteurs de lasers à fibre. Notre innovation tient précisément dans le fait que nous visons des champs d’applications où le laser à fibre restait absent, remarque Philippe Métivier. Jusque-là, les lasers à fibre étaient utilisés pour faire du marquage (écriture des lettres sur les claviers d’ordinateurs par exemple). »

Mais lorsqu’il s’agit de travailler les microstructures (silicium, verre ou tous autres matériaux vraiment très fins), il faut changer de couleur et passer du laser rouge au laser vert, voire ultra-violet. Pour cela, il faut une fibre très spéciale. Il se trouve qu’Eolite est l’une des seules entreprises au monde à disposer d’un laser à fibre vert et ultra-violet.

Eolite peut atteindre des longueurs d’onde plus courtes, autrement dit des tracés plus fins. Avec la même fibre, le laser du Français peut être configuré sur des longueurs d’onde de 1030 nm (IR) à 250 nm (UV) en passant par le vert (515 nm). Tout cela avec le même laser auquel sont adjoints des cristaux doubleurs ou tripleurs.

« Les acteurs du photovoltaïque veulent du Boreas (un produit d'Eolite, voir plus bas, ndlr) dans le vert », lance Philippe Métivier.


Eolite fonctionne en OEM, il vend ses lasers à des fabricants de machines outils, elles-mêmes vendues à des industriels fabricants de cellules solaires. Les clients (une demi-douzaine) du Girondin sont principalement allemands. Cela sachant que les gros intégrateurs photovoltaïques sont allemands, japonais, coréens et américains.

« Si on réussit nos premières affaires, on aura un développement très rapide, prédit Philippe Métivier. Dans l’industrie de niche du laser, quand vous avez une belle techno, vous prenez rapidement 70% de la niche. »

Premier exemple : dans les années 2000, sur la partie semi-conducteur, on a vu apparaître des acteurs comme l’Américain Cymer, dont le laser est utilisé dans la photolithographie et qui a pris 70% du marché pour engranger un CA de 500 millions de dollars en 2007. Autre exemple, l’entreprise allemande IPG Photonics, qui n’existait pas il y a 15 ans et qui vend des lasers à fibre pour la gravure sur métal, clavier, etc., réalise aujourd’hui près de 200 millions de dollars de chiffre d’affaires.

Dans le solaire, tout peut donc aller très vite pour Eolite, qui garde un œil rivé sur l’évolution future des écrans plats et des diodes électroluminescentes.

Fiche d’identité d’Eolite Systems

* Créée en 2004

* Chiffre d’affaires de 2004 à 2008 : 1 M€

* Chiffre d’affaires prévisionnel pour 2009 : entre 1 et 2 M€. Avec l’hypothèse de dépasser la barre des 10 millions d’euros dans 4 ans.

* Effectif : une quinzaine de personnes

* Management :

• Philippe Métivier, CEO
• François Salin, CTO
  

* Deux produits fabriqués sur la même plate-forme :

• Boreas : très haute puissance, très haute cadence. Coût : entre 30 k€ et 100 k€ en fonction de sa puissance (soit 30% moins cher que le marché).
• Mistral : cadence plus basse, impulsion encore plus forte, avec intensité accrue (applications très haut de gamme - l’horlogerie, découpe diamant…).
  

* Dépôt de plusieurs brevets : 5 ou 6 (sur des géométries de fibre, sur la géométrie et les grandeurs caractéristiques des lasers).