Les cellules solaires empilées de nouvelle génération sont arrivées
Dans les modules solaires à couche mince, le silicium est appliqué à un substrat sous forme d'une couche d'environ 3 μm d'épaisseur, évitant d'avoir à opérer des découpes de grande précision dans des galettes particulièrement coûteuses. Présentant un rendement élevé, ces modules solaires à couche mince de silicium sont constitués de deux couches superposées qui absorbent différentes fractions de la lumière. Ce rendement est toutefois associé à plus de complexité. Chaque couche est divisée en plusieurs sous-couches qui s'influencent mutuellement de manière complexe. Du fait que ces interactions sont difficiles à prévoir, les cellules solaires à couche mince de silicium utilisées dans l'industrie reposent sur des combinaisons de composants et de substrats qui ont déjà fait leurs preuves. Les scientifiques du projet FAST TRACK (Accelerated development and prototyping of nano-technology-based high-efficiency thin-film silicon solar modules), financé par l'UE, ont mis en commun leur expertise pour combiner les meilleurs composants possibles. En harmonisant différentes approches de gestion de la lumière et d'optimisation des matériaux d'absorption de la lumière, l'équipe est parvenue à concevoir une nouvelle génération de modules solaires à couche mince de silicium présentant un rendement de 12 %. Le coût devrait être inférieur à 0,5 euro par watt. Pour obtenir ce rendement élevé, les scientifiques ont essayé différents nanomatériaux et couches fonctionnelles optiques, tout en redéfinissant l'ensemble de la chaîne de traitement. Ils ont cherché à améliorer le facteur de remplissage ainsi que la tension en circuit ouvert, afin d'augmenter le rendement de la conversion des modules solaires faits de silicium en couche mince. Les propriétés optiques et électroniques des différentes couches ont été améliorées par l'utilisation de nouveaux nanomatériaux tels que l'oxyde de silicium nanocristallin. Grâce à sa structure résistante, ce matériau multiphase offre une plus grande liberté que le silicium pur. L'équipe a aussi examiné les particularités de la surface des couches supérieure et inférieure. Les structures à l'échelle nanométrique ont aidé à mieux capter la lumière. La texturation a été opérée par nano-impression sur du verre et à l'aide d'un nouvel équipement de gravure chimique humide de couches transparentes conductrices en oxyde de zinc. Grâce à la coopération étroite entre des partenaires de la recherche et des entreprises, le projet FAST TRACK a amélioré le rendement de la conversion d'énergie tout en réduisant les coûts de production. Ces progrès majeurs dans la technique de couche mince de silicium ont déjà été mis en œuvre en production.
Mots‑clés
Cellules solaires, modules solaires à couche mince de silicium, silicium cristallin, nano-impression
