La grande partie, plus de 80 %, des modules photovoltaïques (PV) du marché mondial actuel se compose de wafer en silicium cristallin. Cette variante nest pas adaptée à la production dénergie photovoltaïque de bas prix à grande échelle. Ces plaquettes, les wafers, sont effectivement trop chères : leur fabrication nécessite trop dénergie (énergie « grise ») et trop de silicium de très haute pureté. De plus, il faut une très haute automatisation des processus pour la fabrication des modules. Une forte croissance de la production et du marché du PV étant prévue, les cellules basées sur des wafers en silicium cristallin ne pourront pas, à long terme, être une solution pour les applications terrestres de masse qui vont de linstallation sur le toit dune maison familiale individuelle aux parois antibruit dune autoroute.
• De nouveaux concepts sont nécessaires, à savoir des cellules en couche mince dune épaisseur de quelques micromètres. Comparées à des cellules sous forme de wafer µ environ A œm dépaisseur µ, les cellules couche mince nécessitent près de 100 fois moins de matériau. En plus, des processus de déposition directe sont envisageables pour des surfaces plus grandes (1 m2 dans le cas du silicium amorphe). Cest dans ce secteur de cellules en couche mince quest prévu le plus grand potentiel de réduction des coûts pour les modules PV.
• Le groupe de recherche du Professeur Arvind Shah de lInstitut de Microtechnique (IMT) de luniversité de Neuchâtel travaille depuis 1985 dans la domaine de la technologie des cellules solaires en silicium amorphe. Grâce à lutilisation dun plasma, le groupe µ Very-High-Frequency-(VHF)-Plasma Deposition Process µ, a pu déposer les cellules en silicium amorphe à des températures de 200, 250 °C. Ces cellules amorphes ont une épaisseur type de 0.3 à 0.5 œm, qui nécessite beaucoup moins de matière et dénergie pour leur fabrication que celles dusage courant. Elles se prêtent donc très bien à la production en série. Toutefois, leur rendement stabilisé est de 6 à 7 % pour les modules commerciaux.
• Le travail sur le concept « Micromorph » commença à lIMT en 1994 par une publication sur la réalisation de la première cellule dun type nouveau : la « cellule tandem Micromorph », que le groupe a développé, en améliorant fortement par la suite lefficacité de ce type de cellule solaire (rendement stable en laboratoire 11 à 12 %).
• Cette cellule consiste, en fait, en une combinaison (voir figure ci-dessous) de silicium amorphe (connu grâce aux calculatrices) et du nouveau matériau appellé silicium microcristallin.
• Le rôle pionnier de lIMT est aujourdhui récompensé * pour ses recherches sur le silicium microcristallin qui démontrent que le nouveau concept « Micromorph » permettra datteindre des rendements plus élevés pour les grands modules. Le Japon, qui entreprend depuis longtemps des investissements dans le domaine photovoltaïque, a reconnu le potentiel du nouveau concept des cellules solaires neuchâteloises, et sest lancé dans dintenses activités de recherche et de développement industriel fondé sur ce nouveau concept. Image de cellule solaire « Micromorph » tandem par microscope électronique à balayage: combinaison de silicium amorphe (a-Si:H, la cellule top) et de silicium microcristallin (œc-Si:H, la cellule bottom).
Johannes Meier
Université de Neuchâtel
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e-mail : johannes.meier@imt.unine.ch
Web: www-micromorph.unine.ch