CE08 - Matériaux métalliques et inorganiques et procédés associés

Cellules solaires multi-jonctions multi-fils à base de nano-pyramides d'InGaN – INMoSt

Résumé de soumission

Afin de réduire les émissions de carbone et d'atténuer les effets du changement climatique, le secteur de l'énergie nécessite une transition énergétique urgente à l'échelle mondiale. Dans le domaine du photovoltaïque, malgré les efforts considérables consacrés à la mise en œuvre à grande échelle, la réduction des prix reste la principale préoccupation pour devenir pleinement compétitif par rapport aux sources d'énergie traditionnelles. Dans ce cadre, deux paramètres principaux peuvent conduire à une réduction du coût photovoltaïque par watt, à savoir une plus grande efficacité de conversion et un coût de production plus faible.

L'objectif d'INMoSt est la réalisation de cellules solaires à faible coût, à haut rendement et à jonctions multiples utilisant une seule famille de matériaux, à savoir les semi-conducteurs de nitrure III. Cet objectif devient possible grâce à la combinaison d'une série de technologies innovantes. Tout d'abord, les développements récents de la méthode de croissance de nano-structures d’InGaN ont permis d'améliorer l'incorporation de l'In dans le matériau sans augmenter la densité de défauts structurels. Ensuite, la mise en place d'un processus simple de décollage et de transfert basé sur h-BN permet une réduction drastique des coûts de fabrication. Enfin, l'amélioration de la conductivité de la région p et du contact p est maintenant possible en déposant des couches dopées Mg par épitaxie moléculaire et en utilisant un schéma de contact tunnel n+/p+. La combinaison de ces percées récentes a jeté les bases de la mise en œuvre de cellules solaires InGaN à faible coût (réutilisation du substrat) et à haut rendement. Le premier jalon sera la démonstration de cellules solaires de pointe et flexibles à base d'InGaN. Ceci sera réalisé par l'encapsulation de cellules solaires détachées dans du PDMS. L'objectif final sera la fabrication d'un empilement de ces cellules solaires, chaque étage ayant une bande interdite différente afin de permettre l’absorption d’une grande partie du spectre solaire, et utilisant un procédé entièrement compatible avec la technologie conventionnelle de production de circuits intégrés.

Le consortium INMoSt réunit deux partenaires ayant une expertise et des capacités expérimentales et théoriques complémentaires : GT CNRS et CEA-IRIG-PHELIQS. Les chercheurs d'INMoSt possèdent une formation en sciences et en ingénierie, ainsi qu'une expertise dans les aspects expérimentaux et théoriques des matériaux et des nanostructures de nitrure, de la cinétique de croissance, des procédés de fabrication de semi-conducteurs, de la caractérisation des matériaux et de la physique des dispositifs. La stratégie fonctionnelle du projet repose sur trois grands axes d'optimisation technologique : la simulation et la conception, la croissance épitaxiale et la fabrication de dispositifs. Ceci est accompagné par des caractérisations poussées des matériaux et dispositifs réalisés.

Le photovoltaïque est en train de devenir une industrie majeure, avec une croissance constante en termes d'avantages économiques et sociaux. Préparer les prochaines étapes du développement, en particulier le défi 30-30-30 (production de modules photovoltaïques avec un rendement de conversion énergétique >30% pour un prix <30 c$/Wp d'ici 2030), à partir de la recherche fondamentale et de l'innovation est extrêmement important. INMoSt fournira les premières cellules solaires multijonctions (SC) à haut rendement et à faible coût, utilisant une seule famille de matériaux, à savoir les semi-conducteurs de nitrure III.

Coordinateur du projet

Monsieur Jean Paul Salvestrini (Unité Mixte Internationale GT CNRS)

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

PHELIQS Photonique Electronique et Ingénierie Quantiques
UMI GT CNRS Unité Mixte Internationale GT CNRS

Aide de l'ANR 386 884 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2020 - 48 Mois

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