PHOTOVOLTAÏQUEPiles solaires en tandemEn superposant les photopiles, il est possible d'augmenter le rendement global. Mais la réalisation en est délicate.

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Piles solaires en tandem

En superposant les photopiles, il est possible d'augmenter le rendement global. Mais la réalisation en est délicate.



Il y a encore loin de la coupe aux lèvres..., mais, avec la persévérance des chercheurs, les théories avancées sur les rendements des photopiles pourraient devenir une réalité. Ainsi, "deux photopiles superposées permettent d'augmenter le rendement théorique maximal de 30% à environ 35%" avance Bernard Beaumont, chercheur au laboratoire d'hétéroépitaxie du CNRS de Valbonne. La cellule de la pile du dessus convertit en électricité l'énergie d'une partie du spectre solaire alors que la seconde transforme l'autre partie du spectre.

De l'aluminium pour optimiser le rendement

Le CNRS est ainsi parvenu à un rendement de 21%, alors que les Japonais n'étaient arrivés qu'à 17,1% par la même technique, en 1993. Les Américains avaient bien atteint les 28,5% en 1978, mais la technologie mise en oeuvre obligeait à adjoindre un miroir sélectif entre les deux piles: trop coûteux et trop volumineux. Actuellement, la plus grande difficulté consiste à formuler des cellules sélectives qui offriront les meilleures performances à un coût raisonnable. Des alliages à base de métaux et de semi-conducteurs semblent prometteurs, mais ils sont encore très coûteux, car fabriqués au stade du laboratoire. Par exemple, le CNRS utilise l'aluminium, ce métal optimisant la pile lorsqu'on l'associe à l'arséniure de gallium. "Il nous a permis d'augmenter le seuil énergétique de conversion des photons à 1,7 électronvolt et donc de sélectionner les courtes longueurs d'onde", explique Bernard Beaumont. D'autre part, le silicium s'adresse aux plus grandes longueurs d'onde, car le seuil de conversion se situe aux environs de 1,1 électronvolt. Le CNRS l'a donc utilisé pour la pile inférieure. De plus, les technologies au silicium se maîtrisant bien, leur coût est bien inférieur aux nouveaux alliages. Reste à rendre la pile supérieure transparente aux rayons solaires de grande longueur d'onde pour que leurs photons atteignent le silicium. Le CNRS y est parvenu en éliminant par décapage chimique le substrat qui sert de support à la croissance des cristaux d'arséniure de gallium et d'aluminium lors de la fabrication de la cellule supérieure. En effet, ce susbtrat absorbait l'énergie lumineuse au dessus de 1,4 électronvolt. A présent, le défi consiste à trouver le matériau qui permettra d'élever le seuil d'absorption de la photopile supérieure. L'aluminium montre ses limites : "Lorsqu'on augmente sa concentration dans l'arséniure de gallium, le composé devient isolant", explique Bernard Beaumont. Plutôt gênant pour un semi-conducteur! Les Américains s'activent aussi, et ils auraient obtenu un rendement de 27% en utilisant de l'arséniure de gallium associé à du phosphure de gallium-indium pour la seconde pile. Bernard Beaumont estime que ce dernier est toutefois beaucoup trop complexe à fabriquer.





DES TECHNOLOGIES BIEN MAÎTRISÉES

L'épitaxie et l'hétéroépitaxie, mises en oeuvre pour fabriquer les cellules solaires, font appel à des technologies récentes, mais aujourd'hui bien maîtrisées. Il s'agit de faire croître un cristal sur un autre cristal, dit substrat. Dans l'hétéroépitaxie, les deux cristaux diffèrent par la nature des composants chimiques. "Pour que la technique fonctionne bien, il faut que le cristal de croissance ait une structure de réseau le plus proche possible du cristal substrat", explique Pierre Gibart, chercheur au CNRS de Valbonne. Les machines d'épitaxie, de 1 à 2 millions de francs l'unité, permettent de fabriquer une pile solaire en deux ou trois heures. A part Thomson, qui dispose d'une dizaine de machines pour ses productions, peu d'entreprises en sont équipées. En France, Picogiga réalise ces techniques pour les industries de l'électronique et de l'optoélectronique.





USINE NOUVELLE - N°2469 -

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