Introduction : Pourquoi cette étude est importante maintenant

Cet article est basé sur l'article de Nature Communications publié en ligne en février 2026, « Maximiser les économies environnementales de la fabrication du photovoltaïque en silicium d'ici 2035 » par Bethany L. Willis et al. L'étude fournit l'une des comparaisons les plus complètes du cycle de vie entre la fabrication photovoltaïque PERC et TOPCon, en étendant l'analyse des données de production actuelles aux scénarios technologiques et de réseau de 2035.

Fin 2023, la capacité solaire PV installée mondiale avait déjà dépassé 1 TWp. Dans les scénarios de décarbonation à long terme, ce nombre pourrait atteindre environ 80 TWp d'ici 2050. Cette croissance est essentielle pour la transition énergétique, mais elle crée également un fardeau de fabrication souvent sous-estimé. Des estimations antérieures suggéraient que la fabrication PV elle-même pourrait consommer jusqu'à 11 % du budget carbone mondial restant dans un scénario à 1,5 °C.

Le timing est important car l'industrie dominante du silicium cristallin évolue rapidement du PERC jusqu'au TOPCon. TOPCon offre un rendement plus élevé, mais sa structure de cellule, ses dopants, ses couches de passivation et sa métallisation diffèrent considérablement du PERC. La question clé est simple mais difficile : un rendement plus élevé réduit-il l'impact environnemental, ou la complexité supplémentaire des matériaux et des processus annule-t-elle le gain ?

L'étude utilise une évaluation du cycle de vie du berceau à la porte, couvrant la chaîne de l'extraction du quartz à la fabrication des plaquettes, cellules, modules et à l'expédition en Europe centrale. L'unité fonctionnelle est 1 Wp, et l'évaluation des impacts suit la méthode EU EF v3.1 sur 16 catégories. Les hypothèses de développement technologique sont basées sur la feuille de route ITRPV 2024, tandis que la décarbonisation de l'électricité suit le scénario de faible coût des technologies zéro carbone de l'EIA 2023. Les régions de fabrication incluent la Chine, l'Inde, les États-Unis et l'Europe, avec une analyse Monte Carlo utilisée pour tester l'incertitude.

PERC vs TOPCon : Meilleur dans 15 catégories, pire dans une

Dans le scénario de référence 2023 de fabrication chinoise et de livraison en Europe centrale, TOPCon performe mieux que PERC dans 15 des 16 catégories d'impact environnemental sur une base par Wp. La seule catégorie où TOPCon performe moins bien est l'utilisation des ressources métalliques et minérales.

Fig.1 | Comparaison normalisée de six catégories d'impact majeures entre PERC et TOPCon, avec différences en pourcentage.

L'augmentation de +15,2 % de l'impact sur les ressources métalliques est largement liée à l'argent. Dans les cellules PERC, la métallisation de la face arrière utilise une combinaison d'argent et d'aluminium. Dans les cellules TOPCon, les métallisations avant et arrière dépendent davantage de la pâte d'argent. Par conséquent, même si TOPCon produit plus de puissance par surface, sa demande en argent par Wp reste une préoccupation environnementale critique.

C'est la première couche du paradoxe : TOPCon est plus propre dans la plupart des catégories du cycle de vie, mais son empreinte métallique peut être pire en raison de la métallisation intensive en argent.

Analyse des points chauds : l'électricité domine le carbone, l'argent domine l'utilisation des métaux

L'étude décompose la fabrication des modules TOPCon en quatre grandes étapes : production de plaquettes, production de cellules, assemblage des modules et transport vers l'Europe centrale. Les résultats montrent que différentes catégories environnementales sont contrôlées par des points chauds très différents.

La production de plaquettes est le plus grand point chaud carbone

L'étape des plaquettes domine 12 des 16 catégories d'impact. Dans les six catégories clés mises en évidence par l'article, l'électricité liée aux plaquettes contribue fortement à :

Plus de 85 % de la demande d'électricité des plaquettes provient de la réduction du polysilicium et le tirage de cristal Czochralski. En termes pratiques, l'empreinte carbone d'un module solaire est fortement influencée par le mix électrique utilisé en amont dans la production de polysilicium et de lingots.

La production de cellules est le point chaud de l'utilisation des métaux

L'étape des cellules est la seule où l'utilisation des ressources métalliques devient dominante. La métallisation à la pâte d'argent représente 53,0 % de l'utilisation totale de métaux du module et 98,3 % de l'utilisation de métaux dans l'étape des cellules. Les autres points chauds de l'étape des cellules incluent le silane pour le dépôt de poly-Si et PECVD, l'électricité de recuit, et les émissions de COVNM provenant du nettoyage par solvant.

L'assemblage des modules est dominé par le verre, le cuivre et l'étain

L'étape du module contribue fortement à la toxicité humaine et à l'utilisation des terres. Les matériaux clés incluent le verre avant, le carbonate de sodium, le fioul lourd utilisé dans la production de verre, le cuivre et l'étain. L'étain est utilisé en quantités relativement faibles, mais sa contribution aux indicateurs d'utilisation des métaux reste notable.

Le transport est dominé par le transport maritime, mais le fret maritime reste relativement efficace

Pour la livraison de la Chine vers l'Europe, les impacts du transport sont dominés par le transport maritime en termes absolus. Cependant, par tonne-kilomètre, le fret maritime reste beaucoup plus propre que le transport routier. Le transport contribue particulièrement à la formation d'ozone photochimique en raison des hydrocarbures et de l'infrastructure logistique.

Fig.2 | Contribution des points chauds des étapes de plaquettes, cellules, module et transport dans six catégories d'impact majeures.

Région de fabrication et projection temporelle : l'Europe mène, mais 2035 apporte une surprise

L'article modélise ensuite la fabrication TOPCon en Chine, en Inde, aux États-Unis et en Europe de 2023 à 2035. Il considère à la fois les mix électriques actuels et les futurs scénarios de réseaux décarbonés. Les paramètres technologiques tels que l'efficacité, l'utilisation d'argent, la consommation de polysilicium et l'épaisseur des plaquettes s'améliorent chaque année selon les hypothèses de l'ITRPV.

Fig.3 | Six catégories d'impact majeures par région de fabrication de 2023 à 2035. Les lignes pleines représentent les réseaux actuels ; les lignes pointillées représentent les futurs réseaux décarbonés.

Plusieurs résultats se démarquent.

Le résultat le plus contre-intuitif est le paradoxe de l'utilisation des métaux. Un système électrique plus propre réduit les émissions de carbone, mais l'infrastructure d'énergie renouvelable peut nécessiter davantage de métaux rares. Dans EF v3.1, les métaux rares tels que l'argent et les terres rares ont des facteurs de caractérisation élevés. Dans les hypothèses de réseau futur, les États-Unis deviennent le cas avec la plus forte utilisation de métaux d'ici 2035, tandis que l'Europe reste la plus faible car son scénario de réseau a une part PV relativement plus petite.

En d'autres termes, la décarbonation améliore le bilan climatique mais peut aggraver le bilan des ressources minérales si le système repose sur une infrastructure énergétique propre intensive en métaux.

Déploiement mondial d'ici 2035 : jusqu'à 8,2 Gt CO₂eq peuvent être évités

En utilisant les projections d'expédition de l'ITRPV, l'étude suppose que le PERC quitte le marché d'ici 2034 tandis que le TOPCon devient le successeur dominant. Elle calcule ensuite les impacts cumulés de la fabrication mondiale sous différents scénarios régionaux de fabrication et de réseau.

Fig.4 | Impacts cumulés du changement climatique et de l'utilisation des métaux pour le déploiement mondial du PERC et du TOPCon. Les zones ombrées indiquent la différence entre les scénarios de réseau actuel et futur.

Les principaux résultats incluent :

• Les émissions cumulées de fabrication du PERC et du TOPCon avant 2035 pourraient atteindre une limite supérieure d'environ 13,8 Gt CO₂eq.

• L'optimisation du lieu de fabrication et la décarbonation de l'électricité pourraient réduire cela jusqu'à 8,2 Gt CO₂eq.

• Cette économie équivaut à environ 13,9 % des émissions nettes mondiales de gaz à effet de serre anthropiques en 2019.

• Déplacer la fabrication de la Chine vers l'Europe dans le scénario futur supposé de l'EIA pourrait réduire le GWP cumulé de 49.5%.

• L'impact de l'utilisation des métaux augmente à mesure que les réseaux se décarbonent, l'Europe obtenant les meilleurs résultats et les États-Unis les pires dans les hypothèses futures.

Le bénéfice énergétique reste très fort. Les modules fabriqués de 2023 à 2035 devraient générer environ 94 602 TWh au cours des 12 premières années de leur durée de vie supposée de 30 ans. Leurs émissions de fabrication sont estimées à environ 2,26 Gt CO₂eq. Produire la même électricité avec les futurs réseaux régionaux émettrait entre 27 et 67 Gt CO₂eq. Même avec des hypothèses conservatrices, les émissions évitées dépassent 25 Gt CO₂eq.

Fig.5 | Intensité carbone du cycle de vie du PV solaire comparée à l'intensité électrique future des réseaux régionaux.

Analyse de sensibilité : le mix réseau et les choix technologiques modifient le résultat

L'étude réalise plusieurs tests de sensibilité pour identifier les leviers les plus importants.

L'intensité carbone du sous-réseau importe plus que les étiquettes des pays

Fig.6 | Plages de GWP entre sous-réseaux dans quatre régions. Les lignes noires montrent la référence de réseau moyenne utilisée dans le modèle principal.

La Chine a la plage de sous-réseau la plus large, d'environ 0,32 à 0,58 kg CO₂eq/Wp. Le sous-réseau chinois le moins carboné est proche du cas de référence européen. Cela signifie que l'étiquette « fabriqué en Chine » ou « fabriqué en Europe » est trop large pour une comptabilité carbone sérieuse. La connexion réelle au réseau, l'accord d'achat d'électricité local et l'accès direct à l'électricité renouvelable peuvent décider si un module atteint des seuils bas carbone tels que EPEAT Climate+.

Le charbon est l'intrant fossile le plus sensible

Fig.7 | Impact de variations de ±5 % des parts de combustibles individuelles sur 16 catégories environnementales.

Une variation de ±5 % de la part du charbon a l'effet le plus fort sur neuf catégories, y compris une variation de +4,8 % du GWP. L'énergie nucléaire affecte fortement les indicateurs de rayonnement ionisant mais a des effets moindres ailleurs. L'hydroélectricité est la seule source renouvelable qui réduit les 16 catégories dans ce test de sensibilité, suggérant que la fabrication de PV alimentée par l'hydroélectricité peut être particulièrement favorable du point de vue de l'ACV.

Quatre leviers techniques définissent la prochaine étape de la durabilité du PV

Fig.8 | Sensibilité de l'amélioration du rendement, de la réduction de l'argent à 5 mg/W, de la réduction de l'électricité des plaquettes et de la réduction du silane.

L'objectif d'argent de 5 mg/W provient du seuil de durabilité multi-térawatt discuté par Haegel et al. dans Science 2023. L'atteindre réduirait fortement l'impact de l'utilisation des métaux, mais ne résout pas les impacts carbone, particulaires ou fossiles. C'est pourquoi la réduction spectaculaire de l'utilisation de l'argent n'est pas toute l'histoire environnementale.

La vérification de l'incertitude par Monte Carlo confirme la conclusion principale

Fig.9 | Résultats de confiance Monte Carlo pour 16 catégories d'impact environnemental.

Après 10 000 simulations Monte Carlo, le PERC présente un impact plus élevé que le TOPCon dans plus de 70 % des simulations pour 11 des 16 catégories. Pour le changement climatique, le niveau de confiance est 71.5%. Pour l'appauvrissement de la couche d'ozone, il atteint 98.7%. L'utilisation des métaux évolue dans la direction opposée avec 95,8 % de confiance, confirmant que le TOPCon est très susceptible de consommer davantage de ressources métalliques selon les hypothèses de base.

Implications pour l'industrie : la transition vers le TOPCon est positive, mais pas automatiquement durable

Les résultats conduisent à plusieurs conclusions pratiques pour l'industrie de fabrication solaire.

• Le remplacement du PERC par le TOPCon est globalement positif pour l'environnement, mais l'argent devient un problème de cycle de vie, pas seulement un problème de coût. Les technologies de placage de cuivre et d'empilement Ni/Cu/Ag ne sont donc pas seulement des options de réduction des coûts ; elles sont également importantes pour réduire les indicateurs de ressources métalliques.

• L'électricité des plaquettes est le plus grand point chaud climatique. La réduction du polysilicium et le tirage de cristaux sont les processus clés à surveiller. Pour la conformité de l'empreinte carbone, le lieu de fabrication doit être évalué au niveau du sous-réseau, et non simplement par pays.

• L'électricité bas carbone peut créer un compromis minéral. Un réseau décarboné réduit le GWP, mais si l'expansion du réseau dépend fortement de systèmes d'énergie renouvelable à forte intensité métallique, les indicateurs d'utilisation des métaux peuvent augmenter.

• L'amélioration de l'efficacité est le levier le plus propre toutes catégories. Une efficacité de module plus élevée réduit la surface, les matériaux et la demande d'énergie par Wp sur l'ensemble de la chaîne de valeur. Le TOPCon a un levier d'efficacité plus fort que le PERC, mais cet avantage doit être protégé en réduisant la consommation d'argent.

Point de vue d'Ooitech

En tant que fournisseur d'équipements travaillant en étroite collaboration avec les lignes de fabrication de modules solaires, nous considérons la transition vers le TOPCon comme un rappel que l'efficacité cellulaire plus élevée ne suffit pas à définir une voie de production véritablement durable. Les décisions les plus importantes au niveau de l'usine seront la préparation des processus de réduction de l'argent, l'approvisionnement en électricité côté plaquette et un contrôle de processus stable capable de convertir les gains d'efficacité en économies réelles de matériaux par Wp. Pour les futures lignes de modules, en particulier celles conçues pour le TOPCon ou les produits de type n de nouvelle génération, la performance environnementale dépendra de plus en plus de la manière dont les équipements, les matériaux et la stratégie énergétique de l'usine sont conçus ensemble.