Cellules solaires tandem à haut rendement à base de nanofils III-V sur Silicium – HETONAN

L’industrie photovoltaïque peut devenir un acteur central de la fourniture d’énergie électrique renouvelable. Pour cela, elle doit poursuivre ses efforts vers la diminution des coûts de production du watt par la baisse du coût des modules et/ou par l’amélioration de leurs rendements Une des technologies permettant d’atteindre cet objectif est celle des cellules tandem Si/III-V : des rendements de conversion élevés (30%) paraissent désormais possible à des coûts compatibles avec les applications terrestres. L’utilisation de techniques de croissance épitaxiale en mode VLS de nanofils de semiconducteurs III-V permet de s’affranchir du fort désaccord de paramètre de maille qui existe entre le Si et les III-V et produire des matériaux III-V de haute qualité cristalline sur un substrat classique de l’industrie microélectronique.
L’objectif principal du projet HETONAN est de démontrer la faisabilité de cellules solaires tandem à haut rendement qui associent nanofils III-V et une cellule en Silicium cristallin. Pour cela, une cellule simple en nanofils de GaAlAs ou GaAsP (gap de 1.7 eV) sera réalisée sur un substrat Si monocristallin fortement dopé (inerte d’un point de vue photovoltaïque). Des rendements supérieurs à 25% sont visés pour démontrer la pertinence de cette voie technologique.

Pour atteindre cet objectif ambitieux, les partenaires du projet HETONAN devront donc lever plusieurs verrous scientifiques:
- Contrôle de la croissance des nanofils: directionnalité, qualité structurale, niveaux de dopage, jonction p-n cœur-coquille, ainsi que l’optimisation de la densité et du diamètre des nanofils ;
- Caractérisation électro-optique des nanofils (champ de nanofils et nanofil unique) ;
- réalisation d’une structure tunnel pour connecter les 2 cellules
- Intégration d’une telle structure à nanofils dans une cellule photovoltaïque.
Autour de ce projet, pluridisciplinaire par nature, le consortium regroupe des partenaires ayant une expérience reconnue dans les domaines du PV (INL), de la croissance des matériaux et des nanofils III-V (INL, LPN), des matériaux et substrats (SILSEF, INL) et de la caractérisation électro-optique ou structurale (IRF, INL, LPN).

HETONAN ouvre ainsi la route à des systèmes photovoltaïques plus compétitifs en mettant à disposition des utilisateurs terrestres des technologies jusque-là réservées aux applications spatiales ou sous concentration en grand volume.