Des piles solaires efficaces et bon marché
Les piles solaires PV créent de l'électricité à partir de la lumière. Malgré les importantes améliorations, les matériaux d'aujourd'hui souffrent toujours d'une efficacité relativement faible et d'un coût élevé. Le projet NANOCIS (Development of a new generation of CIGS-based solar cells), financé par l'UE, a établi un réseau d'échange de chercheurs pour aborder la question. Les objectifs de l'étude comprenaient le développement de nouveaux matériaux bon marché promettant des efficacités aux alentours de 63 %. La recherche portait sur les piles CIGS (cuivre, indium, gallium sélénium) fabriquées par dépôt de couches de matériaux semi-conducteurs sur du verre ou du plastique. De telles piles offrent de nombreux avantages, dont un film semi-conducteur relativement fin, souple et pourtant absorbant grandement la lumière. Le projet a étudié la conception, la fabrication et les propriétés des matériaux CIGS et des autres matériaux candidats, tout en testant de nouveaux concepts de la conversion PV en électricité. En utilisant la modélisation quantique, l'équipe a évalué et déterminé la structure de plusieurs nouveaux matériaux sensibles à une bande de lumière intermédiaire. Les travaux ont également mené au calcul de la rétrodiffusion et des autres propriétés optiques des matériaux. La recherche a donné des listes de candidats possibles et des méthodes de dépôt des couches requises sur une surface. Le consortium a expérimenté plusieurs combinaisons. L'équipe a opté pour la méthode de l'électrodéposition (ED). Supérieure à de nombreux égards, l'ED promet de pouvoir produire des composants de qualité à des coûts 50 % inférieurs à ceux des alternatives. Le processus garantit également la production rapide et fiable d'une couche PV efficace. Les chercheurs ont également adapté la méthode ED à d'autres matériaux dont les absorbeurs et ont envisagé la synthèse de couches tampons. Un composé de zinc (ZnO:CL) a été choisi pour la couche de la fenêtre optique. Le matériau peut être simplement appliqué et, lorsqu'il est combiné avec un solvant organique, il possède une transparence et une stabilité suffisantes. Avec les matériaux et les méthodes testés, le consortium a produit une pile PV en laboratoire. L'appareil présentait une très faible efficacité de conversion mais l'équipe a déterminé que le facteur limitant était la température de recuit lors de la production. Le groupe a également testé et caractérisé des matériaux prometteurs à base de nanophosphore. Sur la base des tests, le projet NANOCIS a pu optimiser le design architectural pour les futurs appareils PV. Ces travaux promettent une nouvelle génération de piles solaires moins chères et hautement efficaces.
Mots‑clés
Piles solaires, photovoltaïque, méthodes de dépôt, NANOCIS, CIGS, semi-conducteur
