30 avril 2014 | La Revue POLYTECHNIQUE 02/2014 | Recherche et développement

Des cellules photovoltaïques à haut rendement

Une équipe de chercheurs de l’Empa est parvenue à développer des cellules photovoltaïques à couche mince de GIGS (diséléniure de cuivre indium gallium). Le procédé utilisé a permis d’atteindre un rendement record de 20,4 % pour la transformation du rayonnement solaire en énergie électrique.

Les scientifiques de l’Empa ont développé un nouveau procédé pour produire des cellules photovoltaïques à couche mince de CIGS (diséléniure de cuivre indium gallium) flexibles, atteignant un rendement de 20,4 % pour la transformation du rayonnement solaire en énergie électrique. Comme ces cellules sont appliquées sur des feuilles de plastique flexibles, elles peuvent être produites industriellement à bas coût selon un procédé «bobine-bobine».

Afin de pouvoir offrir de l’électricité solaire à bas prix, les scientifiques et les ingénieurs s’efforcent, depuis longtemps déjà, de développer une cellule photovoltaïque bon marché, qui soit, d’une part, hautement efficiente et qui puisse, d’autre part, être produite en grandes quantités. L’équipe du chercheur de l’Empa Ayodhya N. Tiwari est parvenue à franchir une étape importante dans ce sens: ces scientifiques présentent un procédé de fabrication de cellules photovoltaïques CIGS dans lequel de minuscules quantités de sodium et de potassium sont intégrées dans la couche de CIGS. Ce traitement particulier modifie la composition chimique de cette structure «sandwich» complexe, ainsi que ses propriétés électroniques, comme l’ont montré des examens poussés par microscopie électronique. Les détails de cette nouvelle méthode ont été publiés comme «Advance Online Publication» dans la revue scientifique renommée Nature Materials.

Augmentation du rendement

Avec ce nouveau procédé, les chercheurs de l’Empa sont parvenus à augmenter à nouveau le rendement de la transformation énergétique du rayonnement solaire en électricité des cellules photovoltaïques à couche mince sur feuilles flexibles – avec un nouveau record de 20,4 %, ce qui constitue une amélioration marquante par rapport à l’ancien record de 18,7 %, que la même équipe avait atteint en mai 2011. Les cellules CIGS peuvent ainsi rivaliser avec les meilleures cellules photovoltaïques en silicium polycristallin. Jusqu’à tout récemment, les cellules CIGS de l’Empa étaient même les plus efficientes au monde jusqu’à ce que, à la fin du mois d’octobre, une équipe de chercheurs allemands du Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) à Stuttgart présente une cellule CIGS d’un rendement de 20,8 %, cela toutefois à des températures de production nettement plus élevées et sur du verre rigide comme support. Ce record battu de justesse montre une chose: les technologie des couches minces CIGS sont un domaine de recherche d’une grande actualité – et l’Empa y occupe une position de pointe.

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