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Article | Energie solaire


améliorer la fonctionnalité de nombreux produits et objets par une énergie d’origine solaire

Solaire Couche Mince

Publié le 25 octobre 2016

​Couches minces inorganiques pour le photovoltaïque :
À côté du solaire photovoltaïque à base de silicium cristallin - qui constitue le matériau privilégié pour la production à grand volume de panneaux, servant l’essentiel du marché mondial – il existe des technologies complémentaires, notamment pour des applications de niche. Les cellules solaires de type CIGS (cuivre-indium-gallium-sélénium) ou CZTS (cuivre-zinc-étain-sélénium) en font partie. Elles jouent un rôle essentiel là où se posent des problèmes d’intégration des cellules photovoltaïques sur un support donné. Leur avantage majeur – le dépôt en couches minces – permet d’obtenir une fonction photovoltaïque sur des produits ou des objets dont la vocation première n’est pas de fournir de l’énergie, mais dont la valeur se trouvera augmentée par la fonction de récupération d’énergie lumineuse. Ces produits, flexibles ou non, ont ainsi la capacité de devenir autonomes grâce à une énergie d’origine solaire.

 Le CEA Liten s’est spécialisé dans ces domaines d’activités, et vise notamment des applications dans les secteurs suivants :

  • Le bâtiment (solutions couches minces pour le photovoltaïque intégré au bâtiment)
  • Le textile (intégration de cellules photovoltaïques dans des fils textiles, par exemple pour l’habitat, les équipements collectifs ou les serres agricoles).


Les équipes interviennent à plusieurs niveaux de maturité de la technologie, aussi bien dans les phases les plus amont qui font généralement l’objet de projets de recherche européens, qu’en aval dans des projets de partenariat avec des industriels pour des applications immédiates. Ce large spectre couvert par le CEA Liten représente un atout important, comme notre compétence « matériau », qui permet d’étudier très finement et de maîtriser les procédés de mise en œuvre et d’intégration des cellules solaires dans les produits.  

Les recherches portent tant sur les matériaux absorbeurs de lumière – principalement CIGS (cuivre-indium-gallium-sélénium) et CZTS (cuivre-zinc-étain-sélénium) – que sur les oxydes transparents conducteurs, qui sont les deux briques essentielles à la fabrication de cellules photovoltaïques en couches minces. Bien que les rendements soient généralement inférieurs (entre 12 et 20%) au solaire photovoltaïque à base de silicium cristallin, la possibilité de réaliser des modules photovoltaïques à la fois flexibles et légers, ainsi que leur capacité d’intégration sur des objets ou produits, rendent cette technologie particulièrement attractive.

AVANTAGES

  • Des études et tests fournis pour un grand nombre d’applications industrielles. L’intégration possible sur une grande variété de supports des cellules photovoltaïques en couches minces, y compris sur des supports flexibles.
  • Nos outils de fabrication et de caractérisation permettent de produire des mini modules en test sur tout type de substrat, d’une superficie de 15 x 15 cm2.
  • Une maîtrise de la structuration des dépôts réalisée à la demande, pour organiser par exemple des effets de transparence dans les produits, importante en particulier pour les vitrages photovoltaïques.

  • La fiabilité et la pérennité des matériaux dans le temps, essentielle pour l’intégration de la technologie dans certaines filières industrielles, comme le bâtiment ou l’habitat.
PROJETS

  • Le CEA Liten a réalisé en 2014 la preuve de concept d’un fil textile photovoltaïque. Un revêtement  photovoltaïque fonctionnel à base de couches minces inorganiques a ainsi été déposé avec succès sur des fils textiles utilisables en tissage ou en tricotage. L’objectif est d’intégrer ces fils photovoltaïques dans des produits (store banne, serre agricole, sac à dos…), sans en altérer l’esthétique, les fonctions et les performances. Ces travaux sont menés dans le cadre du projet multipartenaires SOL-TEX, coordonné par la société SunPartner Technologies. Un premier brevet de fil solaire a été déposé.
  • Mise au point de vitrages photovoltaïques semi-transparents, en collaboration avec la société Crosslux, basée près d’Aix-en-Provence. 
  • Réalisation d’un équipement pour le dépôt de couches minces photovoltaïques, en collaboration avec les sociétés Alliance Concept et Annealsys, dans le cadre du projet Pro-CIGS porté par le pôle de compétitivité rhônalpin Tenerrdis. 
  • Études de remplacement de la couche tampon en CdS par des couches tampon sans cadmium, en vue de supprimer ce métal toxique, dans le cadre du projet européen SCALENANO.
  • Participation au programme de mise au point d’électrodes transparentes de nouvelle génération, dans le cadre des projets européens MUJULIMA et GRAPHENE FLAGSHIP.
  • Contribution à l’étude de structuration de surface pour le piégeage optique, dans le cadre du projet européen AGATHA.
  • Réalisation d’études de modélisation optique, dans le cadre de nombreux projets industriels et collaboratifs.
 

REPÈRES
  • Une dizaine de chercheurs 
  • Un portefeuille d’une vingtaine de brevets

Publications récentes :

L. Grenet, P. Grondin, K. Coumert, N. Karst, F. Emieux, F. Roux, R. Fillon, G. Altamura, H. Fournier, P. Faucherand, S. Perraud, Experimental evidence of light soaking effect in Cd-free Cu2ZnSn(S,Se)4-based solar cells, Thin Solid Films 564, 375 (2014).
L. Grenet, R. Fillon, G. Altamura, H. Fournier, F. Emieux, S. Perraud, Analysis of photovoltaic properties of CZTSSe-based solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells 126, 135 (2014).
C. Roger, G. Altamura, F. Emieux, O. Sicardy, F. Roux, R. Fillon, P. Faucherand, N. Karst, H. Fournier, L. Grenet, F. Ducroquet, A. Brioude, S. Perraud, Sodium-doped Mo Back Contacts for Cu(In,Ga)Se2 solar cells on Metallic Substrates : Growth, Morphology and Sodium Diffusion, Journal of Renewable and Sustainable Energy 6, 011405 (2014).
G. Altamura, L. Grenet, C. Roger, F. Roux, V. Reita, R. Fillon, H. Fournier, S. Perraud, H. Mariette, Alternative back contacts in kesterite Cu2ZnSn(S1-xSex)4 solar cells, Journal of Renewable and Sustainable Energy 6, 011401 (2014).
G. Altamura, L. Grenet, C. Bougerol, E. Robin, D. Kohen, H. Fournier, A. Brioude, S. Perraud, H. Mariette, Influence of the Precursors Stacking Order in the Selenization Process of Cu2ZnSn(S1-xSex)4 Thin Films for Photovoltaic Applications, Journal of Alloys and Compounds 588, 310 (2014).
C. Roger, S. Noel, O. Sicardy, P. Faucherand, H. Fournier, F. Roux,  F. Ducroquet, A. Brioude, S. Perraud, Molybdenum-based bilayer back contacts for CIGS solar cells on metallic substrates, Thin Solid Films 548, 608 (2014).
F. Roux et al., Chalcopyrite thin-film solar cells by industry-compatible ink-based process, Solar Energy Materials and Solar Cells 115, 86 (2013).
L. Grenet, S. Bernardi, D. Kohen, C. Lepoittevin, S. Noël, N. Karst, A. Brioude, S. Perraud, H. Mariette, Cu2ZnSn(S1-xSex)4 based solar cell produced by selenization of vacuum deposited precursors, Solar Energy Materials and Solar Cells 101, 11 (2012).

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