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Financé au titre de: FP7-IDEAS-ERC

Article du CER - Un futur plus radieux? Un traitement anti-âge pour les panneaux solaires

L'énergie solaire est une ressource pratiquement illimitée. En une minute, le soleil dégage assez d'énergie pour couvrir les besoins du monde entier pendant un an. Mais il est difficile de transformer cette énergie en une électricité abordable, notamment parce que les cellules solaires à base de silicium voient leur rendement diminuer avec l'âge. Dans le cadre du projet SOLARX financé par le CER, le professeur Hele Savin de l'université Aalto en Finlande, étudie un moyen pour résoudre ce problème.
Article du CER - Un futur plus radieux? Un traitement anti-âge pour les panneaux solaires
«Nous constatons cette dégradation mais sans la comprendre pleinement», déclare-t-elle, expliquant que le rendement de la génération d'électricité par les cellules solaire diminue avec leur âge. «Actuellement, cet effet représente jusqu'à 20% de la perte de rendement, mais les causes restent inconnues. Le secteur essaie de s'attaquer au problème avec des matériaux de meilleure qualité mais plus coûteux, ou en utilisant divers dopants pour le silicium, mais à ce jour sans trouver de solution efficace et économique.»

C'est là que les connaissances du professeur Savin en génie électronique deviennent utiles: elle a étudié la microélectronique à l'institut de technologie d'Helsinki (TKK), et elle dirige actuellement le groupe de physique électronique du département des nano et micro sciences de la faculté de génie électrique de l'université Aalto en Finlande.

Un raisonnement au niveau du cuivre

Ces dernières années, on a vu converger les technologies et les matériaux utilisés en microélectronique et dans les cellules solaires photovoltaïques (PV) à base de silicium. Le professeur Savin essaie maintenant d'appliquer ses recherches précédentes pour résoudre un problème dans ce nouveau domaine.

«Mon idée est que le cuivre présent dans le silicium sous forme d'impuretés réagit avec la lumière et conduit au déclin du rendement», explique-t-elle. «On trouve toujours du cuivre dans le silicium des grandes cellules PV. Il était présent dès l'origine ou a été introduit pendant la production. Ce cuivre peut se déplacer et diffuser dans le silicium, même à température normale.»

«Durant mon doctorat, j'ai étudié le cuivre en microélectronique et en particulier la contamination du silicium», poursuit-elle. «J'utilisais la lumière pour rendre le cuivre électriquement actif. Je voulais déclencher cet effet, mais mon hypothèse est qu'il explique aussi la dégradation que le secteur photovoltaïque aimerait éviter. Lorsqu'une cellule photovoltaïque est exposée à la lumière, ses impuretés de cuivre deviennent électriquement actives, elles se déplacent et s'accumulent, les amas grossissent, ce qui endommage la cellule et perturbe la circulation du courant.»

Le groupe de recherche du professeur Savin travaille donc à une solution qui utilise une charge négative à la surface du silicium, en exploitant les propriétés isolantes des revêtements oxydés protecteurs courants sur la plupart des cellules PV. La surface attirera ainsi les ions de cuivre, les empêchant de s'accumuler et de perturber la génération d'électricité.

«La dégradation est lente, aussi les expériences doivent durer des jours», ajoute-t-elle. «Grâce au soutien du CER, nous pouvons nous concentrer sur ce problème pendant les cinq années qui viennent, avec un post-doctorant et un doctorant dédiés, et en utilisant les outils spécialisés du site Micronova pour contrôler le niveau de contamination par le cuivre.»

Micronova est l'infrastructure de recherche nationale de la Finlande en matière de micro et de nanotechnologies. Elle dépend du Centre de recherche technique VTT de Finlande et de l'université Aalto. Ses équipements dédiés permettent au professeur Savin d'étudier les effets du cuivre seul sur le silicium, en évitant toute contamination par d'autres impuretés.

«Ce projet est surtout de la recherche fondamentale, mais la capacité de production et le marché du photovoltaïque sont déjà très vastes, il aura donc un grand impact technologique s'il réussit, et les applications pratiques pourraient suivre assez rapidement» déclare-t-elle. «D'un autre côté, même si les résultats ne sont pas applicables à l'échelle industrielle, le fait de mieux comprendre les bases de cet effet pourrait aussi conduire à de meilleures solutions, ultérieurement.» Après les énergies hydraulique et éolienne, le solaire photovoltaïque est la troisième source d'énergie renouvelable, avec plus de 100GW installés dans le monde. En poursuivant ses travaux, le professeur Savin pourrait nous rapprocher un peu plus d'une nouvelle ère de l'énergie, basée sur une électricité fiable et renouvelable.

«J'espère que cette technologie sera utilisée par le secteur mondial du photovoltaïque», conclut-elle.

- Source: Professeur Hele Savin
- Coordinateur du projet: Faculté de génie électrique de l'université Aalto, Finlande
- Titre du projet Riddle of light-induced degradation in silicon photovoltaics
- Acronyme du projet SOLARX
- Site web de l'institution
- Programme de financement du 7e PC (Appel du CER): Subvention de démarrage 2012
- Financement de la CE: 850 000 EUR
- Durée du projet 5 ans

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