Photovoltaïque: l'épaisseur des wafers de silicium joue-t-elle sur leur résistance mécanique?

La réduction de l'épaisseur des plaques de silicium utilisées pour fabriquer les cellules photovoltaïques est une solution envisagée pour réduire les coûts de production. A condition bien sûr, que cela ne les fragilise pas.

Alors que le coût du wafer de silicium pour applications photovoltaïques représente 50% du prix total d'une cellule solaire, la diminution de l'épaisseur de la plaquette après découpe est une piste très étudiée pour réduire les coûts de fabrication. Dans ce contexte, mieux comprendre les mécanismes de fragilisation des wafers, et notamment l'influence de leur épaisseur sur leur résistance mécanique, est indispensable.

Des scientifiques du Liten, institut de CEA Tech, ont découpé des wafers de différentes épaisseurs (180, 160, 140 et jusqu'à 100 microns) dans plusieurs qualités de lingot de silicium (monolike, monocristallin et multi cristallin). Ils ont utilisé pour cela une technique de découpe au fil diamanté avec des paramètres identiques. La résistance à la flexion des plaques ainsi obtenues a ensuite été mesurée dans l'axe de découpe et perpendiculairement à cet axe. Il apparaît que, pour un même matériau, la contrainte maximale que peut supporter un wafer ne varie pas en fonction de son épaisseur, quel que soit le sens d'essai.

En revanche, il s'avère que le silicium monocristallin résiste mieux que le monolike et le polycristallin, qui semblent subir des dégradations lors de la découpe.

Ces résultats suggèrent que la réduction de l'épaisseur n'altère pas la résistance mécanique des plaques. Les recherches se poursuivent pour identifier les autres mécanismes de fragilisation des wafers en lien avec les conditions de découpe, avec notamment la réalisation de tests de résistance aux chocs, à la fatigue...