DS0202 - Captage des énergies renouvelables et récupération des énergies de l’environnement

Electrodes transparentes diffuses innovantes en vue d’applications photovoltaïques – INDEED

Résumé de soumission

Le projet INDEED constitue une voie originale et innovante pour déposer des électrodes transparentes efficaces possédant un pouvoir de diffusion de la lumière (facteur de haze) élevé ainsi que leur intégration au sein de cellules solaires; avec l’objectif de coupler l’emploi de matériaux abondants déposés par des méthodes bas coût et extensibles en surface. Le consortium multidisciplinaire impliqué pourra aborder les différentes tâches du projet avec des approches complémentaires portant sur le dépôt de l’oxyde d’étain dopé au fluor (FTO), la caractérisation des propriétés physiques de ces couches minces d’oxyde transparent conducteur (TCO), la modélisation du transport des porteurs de charge et enfin les propriétés optiques. Une tâche importante concerne leur intégration au sein de deux types de cellules solaires prometteuses: les films minces à base de silicium (LPICM) et CIGS (IRDEP). Une valeur très élevée du facteur de haze (40-50%), associée à une excellente transparence et faible résistance électrique de couche, apparaît en effet un aspect très prometteur pour améliorer les performances des cellules solaires. La présence de la PME Lotus Synthèse au sein du consortium est également un atout évident en termes de développement de précurseurs, de nanoparticules et de dépôts à une échelle semi-industrielle.
Les électrodes transparentes sont un des éléments clés des technologies de l'information (écrans…) et les applications de l'énergie (photovoltaïque, fenêtres intelligentes…). Les marchés connexes relatifs au TCO ont augmenté de façon exponentielle au cours de la dernière décennie en raison de la prolifération des grands écrans LCD, les cellules solaires à couches minces, les OLED ou des écrans tactiles. Par conséquent, une recherche intensive a été consacrée à ce type de matériaux. L’oxyde d’indium et d’étain a été le plus étudié parmi les TCO mais la non-abondance de l’indium conduit à la recherche de solutions à base de matériaux abondants. Les TCO jouent un rôle crucial dans les technologies de cellules solaires permettant de recueillir des charges photo-générées dans l'absorbeur. Ils doivent aussi être transparents à la lumière incidente dans la plage spectrale requise.
Une propriété clé est le facteur de haze défini comme étant le rapport entre les intensités transmises de lumière diffuse et totale. Un grand facteur de haze est requis pour les cellules solaires, car il peut augmenter la chemin optique et donc l'absorption de photons par la couche photo-active. Ceci permet l'utilisation de couches absorbantes plus minces, diminuant ainsi les pertes par recombinaison et augmentant le rendement de la cellule solaire. Le projet INDEED est basé d'une part sur une méthode récente afin de déposer du FTO avec des facteurs de haze variables et d’autre part sur l'expertise, la compétence et la complémentarité entre les différentes équipes du consortium. Si INDEEED est axé sur l’utilisation de substrats rigides (verre), la flexibilité peut être atteinte car le FTO diffus (DFTO) peut également être déposé sur des substrats polymères; de telles couches présentant une meilleure résistance mécanique par rapport aux couches FTO non diffusantes.
Les résultats de caractérisation électrique et optique seront utilisés pour quantifier, par modélisation optique, l'impact des propriétés du matériau sur le rendement de conversion photovoltaïque. Les électrodes à base de DFTO seront intégrées au sein de cellules solaires minces à base de silicium (jonction PIN simple ou tandem) fabriquées au LPICM ainsi que des cellules solaires CIGS à l’IRDEP. Le choix de ces deux types de cellules solaires apparaît pertinent du fait du haut rendement (16,3 % pour une triple jonction mince Si et 21,7 % pour le CIGS) et du faible coût associé. Elles présentent un fort potentiel de développement sur le marché du photovoltaïque et la communauté de la recherche française est appelée à jouer un rôle important dans leur développement.

Coordination du projet

Daniel BELLET (Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS-IRDEP Institut de Recherche et Développement sur l'Energie Photovoltaïque (IRDEP)
LS Lotus Synthesis
CNRS DR ILE DE FRANCE SUD
LPICM-CNRS Laboratoire de Physique des Interfaces et Couches Minces (LPICM)
LMGP Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique

Aide de l'ANR 370 769 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2015 - 36 Mois

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