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Le CEA INES analyse les cellules et modules photovoltaïques avec le VHX de Keyence

e centre de recherche, à la pointe dans le domaine du solaire, s’attaque notamment au sujet clé des microfissures qui pénalisent la fiabilité des cellules photovoltaïques. Pour cela, le CEA INES s’appuie sur les microscopes numériques de Keyence qui permettent des observations impossibles auparavant.

Le CEA INES a été créé en 2006 à l’initiative des pouvoirs publics, pour promouvoir et développer en France l’utilisation de l’énergie solaire, et plus parti- culièrement au service de la maîtrise de l’énergie dans le bâtiment. Aujourd’hui, il travaille particulièrement à aider des entreprises privées dans la conception et l’in- dustrialisation de produits. Il est implanté au Bourget du lac sur le technopôle de Savoie Technolac, à proximité de Chambéry. L’Institut National de l’Energie Solaire est le premier centre français et un des premiers cen- tres européens dédié à la recherche, l’innovation et la formation sur l’énergie solaire. Il réunit aujourd’hui 250 collaborateurs venus d’horizons divers et regroupera à l’horizon 2013 plus de 500 personnes sur un site de 20 000 m2.
Dans un contexte de développement des énergies renouvelables, cette expertise est stratégique. Elle est au service de sociétés privées dans leur effort de R&D. L’enjeu est aujourd’hui de concevoir des produits.

Industriels au rendement et à la fiabilité toujours supérieurs. L’énergie solaire devra représenter au minimum 15 % du mix énergétique global mondial dans 20 ans. Une cellule photovol- taïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), produit de l’électricité. En 20 ans, les rendements sont passés de 15 % à plus de 40 % dans les laboratoires. Les rendements des systèmes disponibles commercialement sont quant à eux passés de 5 % à plus de 20 %.
« Les rendements progressent actuellement au rythme de 0,3 à 0,5 % par an », explique Eric Pilat, du CEA INES, « mais ce n’est pas le seul enjeu : nous devons concevoir des produits moins chers à fabriquer et plus fiables dans le temps. Le CEA INES travaille avec des industriels sur des projets de 3 à 5 ans avec l’objectif d’apporter de l’innovation en terme de produit ». Parmi les projets de recherche qui visent à réduire les coûts de production, on peut citer la technologie N.I.C.E (New Industrial Cell Encapsulation) avec la société Appolon Solar qui consiste à remplacer la résine EVA (coûteux et difficile à mettre en œuvre) par un simple joint en polyisobutylène (PIB) et d’utiliser une dé- pression interne relative afin d’assurer les contacts électriques sans soudure.


« Dans le cadre de nos recherches, nous voulions analyser les surfaces des cellules et notamment identifier les micro-rayures ou fissures. Elles peuvent passer inaperçues lors de la fabrica- tion, voir de la qualification mais peuvent être la cause de dys- fonctionnement après 3 ou 4 ans. Or, l’inspection des cellules photovoltaïques pose problème. La cible à observer est derrière une paroi transparente, à une distance empêchant la mesure avec les microscopes traditionnels. Le VHX offre une résolution jusqu’à 54 millions de pixels même si la distance de mesure est importante. Ensuite, nous pouvons réaliser des images 3D qui nous sont très utiles pour présenter des résultats à des clients. L’image, lorsqu’elle est de très bonne qualité a un pouvoir de persuasion supérieure à de longs discours ».

Le VHX-600 permet effectivement ces mesures. Il offre une pro- fondeur de champ unique. Le VHX-600 peut observer précisé- ment une cible (même avec une grande différence de hauteur) qui ne pourrait pas être mise au point avec les microscopes classiques. Le VHX est muni d’objectif zoom. Ensuite, les ca- méras CCD permettent de restituer fidèlement la cible obser- vée. En complément des algorithmes permettent un traitement rapide de l’image. Le procédé D.F.D. (profondeur par évaluation du flou) permet de construire des images 3D précises à partir de la détection des flous, correspondant à des différences de distance de l’optique. Un algorithme de stéréogramme permet d’acquérir les changements de texture subtils afin d’estimer la hauteur de la cible. Le procédé D.F.D. analyse le degré de flou d’une image 2D afin d’en déduire des informations concernant la profondeur.

Les micro-rayures/fissures apparaissent ainsi clairement, même si la distance de la cible est importante.

Le CEA INES a développé des outils de modélisation des sys- tèmes utilisant l’énergie solaire. Il possède aussi des lignes pi- lotes pour faciliter le développement puis le transfert industriel. « Les modules sont vendus avec une garantie de production supérieure à 20 ans. Dans les faits, il y a un contrôle qualité de fabrication qu’il faut optimiser et adapter à des volumes de fabrication bien plus élevés », conclut Eric Pilat.

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