Nitrures iii-v deposes sur vErre pour un Watt PhotoVOltaique iNteGre a L'hAbitat baS cout et treS haut rendement – NewPVonGlass

Nous proposons de réaliser une cellule solaire simple-jonction, à base de l’alliage InGaN, sur des substrats bas coût en allant progressivement du saphir au verre et en passant par le substrat silicium. Bien que le développement de ce système de matériaux pour le photovoltaïque n’est qu’à ses débuts, l’InGaN dispose d'un grand potentiel. Une simple-jonction optimisée InGaN peut atteindre un rendement de conversion de ~ 20%, comparable à celui atteint par les meilleures cellules de la filière CIGS, sans toutefois les risques posés par le cadmium nécessaire à leur élaboration, mais qui constitue un fameux poison cumulatif. Parce que la bande interdite de l’InGaN peut être modifiée de 0,7 eV à 3,4 eV en augmentant le contenu de gallium, avec des cellules multi-jonctions, il est en théorie possible d'atteindre le rendement record (70%) avec ce seul système de matériaux, alors que le record théorique dans la technologie GaAs multi-jonctions est de moins de 50%. La technologie InGaN peut évoluer vers le développement industriel. Par exemple, le GaN et les dispositifs à base d’alliages associés sont devenus très répandus et bas coût, et sont utilisés dans les diodes électroluminescentes bleues et blanches. Cette proposition offre une chance pour la France de devenir un leader mondial dans une nouvelle technologie importante, avec un groupe américain et un chinois ayant déjà produit les premières cellules solaires InGaN. Cette collaboration associe des ressources uniques dans un projet ambitieux. La principale idée technique de ce projet consiste en l'utilisation d'une mince couche d'interface ZnO qui permet la réalisation de l’hétéro-épitaxie tout en réduisant la densité de dislocation dans les alliages nitrures des éléments III déposés sur ZnO. Une collaboration active entre Nanovation (le leader mondial dans l’hétéro-épitaxie sur ZnO) et de l’UMI GT-CNRS avait déjà permis l’utilisation de cette technique pour grandement améliorer la qualité de GaN déposé sur substrat saphir préalablement recouvert d’une couche de ZnO. Nanovation a aussi la maîtrise de la technologie du dépôt du ZnO sur silicium. La collaboration comprend également M. Ian Ferguson, le leader mondial dans les cellules solaires InGaN, qui fait partie du projet par le biais de son appartenance à l’UMI GT-CNRS. Le partenariat est complété par des expertises en modélisation et en l'état de l’art des techniques de caractérisation de cellules solaires qui doivent être accomplies par le LGEP. La gravure, quelques caractérisations complémentaires ainsi que l’optimisation des contacts seront réalisés par le LPN. En plus des avancées dans les connaissances scientifiques, le projet donnera lieu à un fort potentiel pour la commercialisation de la technologie InGaN. Il y a beaucoup à apprendre sur la croissance de l’InGaN. Il y a beaucoup à apprendre sur la physique de dépôt du ZnO sur silicium et sur verre et du dépôt de l’InGaN sur ZnO. Il y a beaucoup à apprendre sur l'optimisation de la conception de la cellule et des contacts électriques. Il est prévu que les solutions à ces problèmes génèrent des brevets, des articles et des communications dans des conférences. Pour réussir, le projet est bien organisé avec un plan de communication régulière entre les partenaires et le responsable du projet. Il procédera systématiquement en commençant par les activités les moins risquées et en allant vers celles, les plus ambitieuses, en utilisant à chaque fois les connaissances acquises dans l’étape suivante. Compte tenu des problèmes actuels liés à l'énergie et à l’environnement, le développement de nouvelles filières photovoltaïques ayant un fort potentiel pour atténuer ces problèmes, semble être un choix judicieux.