Vers des cellules à contacts passivés « Indium-Free »

Le CEA à l’INES, Institut National de l’Energie Solaire, vient d’obtenir un résultat prometteur sur le chemin de cellules photovoltaïques haut rendement à contacts passivés sans Indium. L’institut a réalisé une cellule d’un rendement record de 22,4% au format industriel (M2) sur des substrats monocristallins.

De nombreuses pistes sont poursuivies pour améliorer toujours le rendement des cellules solaires photovoltaïques et leur empreinte environnementale. Parmi celles-ci, l’utilisation d’un contact passivé poly-silicium sur oxyde sur les deux faces d’un substrat de silicium représente une voie prometteuse pour obtenir des rendements de conversion élevés avec des cellules photovoltaïques simple ou multi-jonctions.

Le CEA à l’INES développe une approche dite « Hétérojonction haute température » qu’il a baptisée CARLAH : une architecture qui combine des couches de poly-Si ultra-mince, d’une épaisseur ≤ 20 nm, avec des films d’Oxyde Transparent Conducteur (TCO). Ses équipes ont défini un procédé simplifié de fabrication, qui génère de forts effets « getter externes » (extraction des impuretés métalliques), adapté donc aux substrats silicium cristallin (c-Si) bas-coûts et à basse empreinte carbone. Les structures fabriquées sont, de plus, compatibles avec l’intégration en cellules tandem Pérovskites/c-Si.

Or l’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO) qui est le TCO majoritairement utilisé aujourd’hui pour la fabrication de cellules photovoltaïques à contacts passivés, présente des contraintes liées aux ressources disponibles en indium et à son coût. La communauté du solaire recherche donc des alternatives à ces matériaux.

Afin d’améliorer le bilan économique et l’empreinte environnementale de ce type de cellules, les couches d’ITO utilisées habituellement en face avant ont été comparées par les laboratoires du CEA à des couches à base de Zinc (AZO) sur des structures à simple jonction. Comme l’ITO, les couches d’AZO étudiées ici sont déposées par PVD, un procédé permettant de faciliter le transfert à l’industrie.

Le CEA à l’INES vient d’obtenir avec son architecture CARLAH une cellule d’un rendement record de 22,4% au format industriel (M2) sur des substrats monocristallins. Selon l’institut, il s’agit d’un record mondial pour ce type de cellules, de taille industrielle. Ce résultat est très prometteur sur le chemin de cellules haut rendement à contacts passivés sans Indium.

Les résultats obtenus sur la technologie CARLAH sont le fruit d’une collaboration avec la société IBS (Ion Beam Systems), du projet ANR OXYGEN et d’une thèse cofinancée par l’ADEME.

L’INES, Institut National de l’Energie Solaire, est un leader mondial en matière de R&D et d’éducation pour les technologies solaires photovoltaïques avancées, leur intégration dans les systèmes électriques et la gestion intelligente de l’énergie.