Dans l'atelier du solaire

Les cellules photovoltaïques actuelles convertissent entre 18 et 20 % de l'énergie provenant des rayons solaires en électricité. Augmenter ce taux tout en abaissant les coûts de production est l’objectif des chercheurs de l’Institut des nanotechnologies de Lyon (Unité CNRS/Centrale Lyon/Insa/UCBL/CPE).

Une cellule photovoltaïque est un assemblage de matériaux fonctionnels tels que le silicium, le nitrure de silicium, l’argent ou l’oxyde d’aluminium. Les chercheurs de l’INL utilisent des cellules à base de couches minces de silicium cristallin.

La fabrication de couches minces de monocristal de silicium permet de faire des économies de matériaux et de développer des cellules flexibles. Les chercheurs les font croître dans un réacteur porté à une température de 1100 °C avec un temps de procédé d’environ 1 h 30.

Pour assurer la collecte du courant photogénéré, un dépôt d’électrodes métalliques sur les deux faces de la cellule est nécessaire. Celui-ci peut être réalisé par pulvérisation cathodique de métaux (argent, aluminium...).

Une couche de nitrure de silicium est déposée à la surface des cellules photovoltaïques. Cette couche anti-reflet est essentielle à la pénétration des photons et à la réduction de la réflexion de la lumière qui abaisse le rendement.

Les scientifiques utilisent un laser UV qui permet de chauffer localement le silicium afin de le doper au phosphore ou au bore, ce qui modifie ses propriétés de semi-conducteur.

Ce laser a pour effet d'améliorer le contact électrique entre le silicium et le dépôt métallique. Cette technique permet d’augmenter le rendement par rapport à un procédé standard.

Les échantillons de silicium sont préparés avant d’être insérés dans un réacteur de dépôt où une couche d’oxyde d’aluminium est déposée à leur surface.

La couche d’oxyde d’aluminium augmente le rendement des cellules en diminuant les défauts de surface qui piègent les électrons générés par la lumière.

Les performances électriques et le rendement des cellules photovoltaïques sont analysés grâce à un simulateur solaire calibré.