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Des scientifiques scrutent la surface terrestre pour garantir une évolution sans risque de la technologie photovoltaïque

La mise au point de technologies photovoltaïques (PV) dépourvues de matières premières critiques est d’une importance critique pour l’Europe. Une équipe financée par l’UE développe actuellement une technologie qui évite le recours à tous les éléments identifiés par la Commission européenne comme étant des matières premières critiques.

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Le projet STARCELL a été lancé aux fins de faire progresser la mise en œuvre de technologies PV en couches minces exclusivement à base de matériaux que l’on trouve en abondance à la surface de la Terre. Cette entreprise est d’autant plus importante que les solutions PV disponibles sur le marché contiennent toutes au moins un élément considéré par la Commission européenne comme présentant des risques d’approvisionnement élevés, ce qui signifie que ce sont des matières premières critiques. L’indium constitue l’un de ces éléments, il est largement utilisé dans l’industrie des semiconducteurs et dans la fabrication des revêtements. Le projet s’est joint à des institutions européennes de premier plan qui sont à l’avant-garde en matière de développement de cette technologie. En collaboration avec des partenaires japonais et américains, STARCELL travaille à «l’identification et à la résolution des principaux problèmes clés qui limitent actuellement le rendement de conversion des dispositifs à base de cellules solaires», rapporte le Dr Edgardo Saucedo, coordinateur du projet. Faciliter le passage aux matériaux à faible risque d’approvisionnement Les matériaux ciblés appartiennent à un groupe de semiconducteurs généralement appelé kësterite et composé de cuivre, de zinc, d’étain, de souffre et de sélénium. Ces éléments sont considérés comme présentant un faible risque d’approvisionnement pour l’Europe. Les propriétés de la kësterite sont très proches de celles d’une autre famille de matériaux importants pour les technologies PV, les chalcopyrites. «Cela permet de garantir que la plupart des usines produisant Cu(In,Ga)(S,Se)2, la technologie PV en couches minces la plus importante en Europe, puissent facilement basculer leur production ou la compléter en recourant à la kësterite», souligne le Dr Saucedo. STARCELL cible une efficacité des dispositifs de l’ordre de 15 à 18 %. «C’est une véritable gageure pour ces technologies», explique le coordinateur du projet, «mais ce serait très compétitif dans la mesure où la kësterite est constituée de matériaux relativement bon marché, ce qui peut avoir un fort impact sur la réduction des coûts des technologies PV.» Les enjeux du rendement de conversion et ses limites De tous les résultats obtenus dans le cadre des travaux de STARCELL, le Dr Saucedo estime que le plus important sera «la combinaison d’une modélisation des matériaux, d’une synthèse sur mesure et d’une caractérisation avancée qui permettent d’identifier les principaux mécanismes qui limitent l’amélioration du rendement de conversion des dispositifs à base de cellules solaires». Des solutions reposant sur des stratégies de dopage et d’alliage sont également appliquées avec succès. «Elles permettent d’obtenir une efficacité reproductible de l’ordre de 11 à 13 % en développant des solutions innovantes», explique le Dr Saucedo. Il ajoute que ces avancées posent également les bases qui permettront de faire progresser la kësterite vers une maturité technologique de niveau 5 d’ici la fin du projet en 2019. «Il reste bien des problèmes à résoudre en ce qui concerne ce matériau complexe et passionnant», ajoute encore le coordinateur du projet tout en soulignant que les principaux enjeux restent liés à la compréhension des limites les plus significatives en matière d’efficacité. Notant toutefois que «toutes ces problématiques font l’objet de recherches intensives dans le cadre de STARCELL». Impact futur La technologie STARCELL pourrait avoir un impact à long terme sur la consolidation d’une industrie européenne stratégique autour du photovoltaïque. Le Dr Saucedo explique: «Tout en étant totalement dépourvue de matières premières critiques, la kësterite est compatible avec une production en masse de modules PV qui ne présente aucune contrainte en matière de matériaux, ce qui réduit le risque d’approvisionnement pour ce secteur.» Cela laisse envisager de nombreux avantages pour les citoyens européens. L’accès à une technologie PV totalement durable qui pourrait être intégralement produite en Europe augmenterait la sécurité énergétique, créerait des emplois de haute qualité et contribuerait à améliorer la perception par la société de la production énergétique verte. Pour la suite de ses travaux, le projet s’est également fixé pour objectif «d’apporter des perspectives pertinentes pour l’exploitation et la commercialisation futures de cette technologie».

Mots‑clés

STARCELL, PV, kësterite, matière première critique, technologie PV, rendement de conversion, cellule solaire, risque d’approvisionnement faible, modules PV, photovoltaïque

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