Des cellules photovoltaïques plus efficaces, à coût réduit
Échantillon de silicium cristallin texturé grâce à la technique lithographique de nano-impression (NIL). © Applied Physics Letters 101, 103901 (2012)
Augmenter le rendement énergétique des panneaux photovoltaïques tout en réduisant le coût de leur production. Un défi relevé par un projet européen auquel contribue le Laboratoire de Physique du Solide (LPS) du Centre de recherche en Physique de la Matière et du Rayonnement (PMR).
C'est le Centre Interuniversitaire en Micro-Électronique (IMEC, Leuven), acteur de référence mondiale dans le domaine, qui coordonne ce projet «PhotoNVoltaics» auquel participent également, aux côtés de l'UNamur, la Chalmers University of Technology et l’entreprise Obducat Technologies AB (Suède), deux unités CNRS françaises (INL de Lyon et LPICM de Palaiseau) et le groupe TOTAL.
«L'objectif est de concevoir et fabriquer un nouveau type de cellules photovoltaïques, basées sur des couches ultraminces texturées de silicium cristallin» résume Olivier Deparis, professeur au LPS. «Le silicium cristallin bénéficie en effet des meilleures performances mais il coûte cher. Or, cette matière première correspond à environ 40 % du coût de production des cellules photovoltaïques».
L’idéal serait donc de réduire l'épaisseur du matériau utilisé… sans toutefois en diminuer son efficacité. C’est ce que proposent de réaliser les chercheurs du projet «PhotoNVoltaics». Ils envisagent de diminuer de 10 à 100 fois l’épaisseur de silicium cristallin tout en maintenant le rendement énergétique des cellules, voire même en l’augmentant!
Mieux utiliser la matière
«Nous allons travailler avec une épaisseur de 1 à 10 microns alors que l'industrie travaille actuellement avec une couche de l'ordre de 150 microns. Simplement, nous allons façonner la couche de silicium afin que la lumière, au lieu de la traverser verticalement, s'y diffuse latéralement. Cette déviation du parcours de la lumière lui procure un chemin plus long et donc une absorption accrue par rapport à un passage vertical. Concrètement, nous allons forcer cette diffusion grâce à une structuration de la surface et piéger ainsi la lumière dans la couche» explique l’académique namurois.
«Le rôle de l’équipe namuroise est d’optimiser le type de structuration de la surface de silicium à l’aide de calculs numériques» précise Jerôme Muller, docteur de l'Université de Nancy, qui effectue son postdoctorat à l'UNamur dans le cadre de ce projet, sous la responsabilité du professeur Deparis. «Nous testons par exemple s’il est plus porteur d’utiliser une texturation basée sur des motifs aléatoires ou périodiques». Ses travaux sont épaulés par ceux d’Aline Herman et d’Alexandre Mayer, respectivement doctorante et chercheur qualifié FNRS au Centre PMR.
«PhotoNVoltaics» est développé dans le cadre de la thématique «Nanosciences, nanotechnologies, matériaux et nouvelles technologies de production & énergie» du 7e programme-cadre de recherche et développement de l'Union européenne (FP7).
De plus amples détails peuvent être trouvés dans une publication récente d'Aline Herman parue dans le Journal of Applied Physics.