La grande partie, plus de 80 %, des modules photovoltaïques (PV) du marché mondial actuel se compose de wafer en silicium cristallin. Cette variante n’est pas adaptée à la production d’énergie photovoltaïque de bas prix à grande échelle. Ces plaquettes, les wafers, sont effectivement trop chères : leur fabrication nécessite trop d’énergie (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 l’installation sur le toit d’une maison familiale individuelle aux parois antibruit d’une autoroute.
• De nouveaux concepts sont nécessaires, à savoir des cellules en couche mince d’une épaisseur de quelques micromètres. Comparées à des cellules sous forme de wafer µ environ A œm d’épaisseur 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). C’est dans ce secteur de cellules en couche mince qu’est prévu le plus grand potentiel de réduction des coûts pour les modules PV.
• Le groupe de recherche du Professeur Arvind Shah de l’Institut de Microtechnique (IMT) de l’université de Neuchâtel travaille depuis 1985 dans la domaine de la technologie des cellules solaires en silicium amorphe. Grâce à l’utilisation d’un 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 d’énergie pour leur fabrication que celles d’usage 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 l’IMT en 1994 par une publication sur la réalisation de la première cellule d’un type nouveau : la « cellule tandem Micromorph », que le groupe a développé, en améliorant fortement par la suite l’efficacité 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 l’IMT est aujourd’hui récompensé * pour ses recherches sur le silicium microcristallin qui démontrent que le nouveau concept « Micromorph » permettra d’atteindre 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 s’est lancé dans d’intenses 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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Web: www-micromorph.unine.ch
