Des chercheurs rendent les cellules solaires capables d’utiliser plus de lumière

Des progrès en photovoltaïque permettent aux cellules solaires d'utiliser davantage d'énergie solaire et, ainsi, de produire plus de courant.

Des chercheurs de l’Université du Luxembourg et de la société électronique japonaise TDK annoncent des progrès en photovoltaïque: ils ont amélioré un composant des cellules solaires de manière à leur permettre d’utiliser davantage d’énergie solaire et, ainsi, de produire plus de courant. 

Un film d'oxyde plus transparent préparé dans un processus de fabrication unique

L’amélioration concerne un film d’oxyde conducteur qui présente maintenant plus de transparence dans la zone infrarouge. Des tentatives similaires avaient déjà été effectuées précédemment, mais c’est la première fois que ces films ont à la fois été préparés dans un processus de fabrication unique tout en étant stables dans l’air.

La conductibilité des films d'oxyde reste stable même après une longue période dans l'air

« Les films fabriqués à l’Université du Luxembourg ont été mis au contact de l’air pendant un an et demi et ont préservé toutes les qualités conductrices qu’ils avaient lors de leur préparation », explique le professeur Susanne Siebentritt, directrice du Laboratoire Photovoltaïque de l’Université du Luxembourg. « C’est un résultat formidable, non seulement pour les cellules solaires, mais aussi pour toute une série d’autres technologies », précise-t-elle. A cette étude ont contribué Dr. Matěj Hála, chercheur associé du Laboratoire Photovoltaïque, ainsi que Shohei Fujii et Yukari Inoue, scientifiques de TDK en visite.

Une combination de conductibilité et transparence

Les oxydes transparents conducteurs sont utilisés dans tous les appareils qui combinent l’électronique et l’éclairage, tels que les LED, les cellules solaires, les photodétecteurs ou même les écrans tactiles. Ils ont la particularité de combiner les propriétés des métaux, les meilleurs conducteurs d’électricité connus à ce jour, à celles des oxydes, qui sont habituellement transparents mais non conducteurs, comme le verre. Dans les cellules solaires, le film doit être conducteur parce qu’il forme l’électrode supérieure, et transparent pour que la lumière du soleil puisse atteindre la couche inférieure dans laquelle le courant est produit.

Addition d'aluminium: avantages et désavantages

Il est possible de doter les oxydes qui forment ce film de propriétés conductrices en y ajoutant délibérément des impuretés. Un exemple très répandu est l’ajout d’aluminium à l’oxyde de zinc. Dans ce cas, l’aluminium apporte à l’oxyde de zinc des électrons libres qui sont responsables de la conductivité. Ces électrons libres absorbent toutefois aussi la lumière infrarouge, ce qui signifie qu’ils laissent passer moins d’énergie solaire.

Plasma de gaz rend inutile l'addition d'aluminium

L’équipe de l’Université du Luxembourg et de TDK ont modifié le processus de fabrication du film afin de rendre l’oxyde de zinc pur plus conducteur. « Grâce à l’échange de connaissances entre pays, notre équipe multidisciplinaire a eu l’idée d’ajouter un composant supplémentaire, un autre plasma de gaz, dans le processus dit de pulvérisation cathodique. Celui-ci confère des propriétés conductrices au matériau même sans aluminium », explique le professeur Siebentritt.

Cette méthode permet d’obtenir des électrons libres moins nombreux mais plus rapides. « Notre méthode aboutit à une conductivité similaire à celle obtenue avec l’aluminium tout en offrant une bien meilleure transparence dans la zone infrarouge, étant donné que le nombre réduit d’électrons libres diminue aussi l’absorption. Cela rend les cellules solaires plus efficaces », ajoute Dr. Matěj Hála. Les résultats sont désormais publiés dans la fameuse revue « Progress in Photovoltaics ».

Auteur: Uni Luxemburg
Photo: ©shotshop.com