L'Institut national de l'énergie solaire (INES), le CEA et ses partenaires mènent actuellement des recherches pour réduire les couts de fabrication de l'énergie solaire photovoltaïque tout en cherchant à augmenter son rendement.

Les chercheurs du CEA s'intéressent particulièrement à la filière "silicium", référence du marché solaire. Ils innovent à toutes les étapes de la filière, depuis la préparation du matériau jusqu'à l'intégration des panneaux solaires aux bâtiments. Dans le domaine des matériaux dédiés aux NTE, les évolutions technologiques sont plus rapides et la concurrence entre les nombreux acteurs sévère.

Les matériaux de demain pour le photovoltaïque devront permettre d'augmenter le rendement des cellules photovoltaïques tout en abaissant leur coût, et d'élargir la gamme des cellules photovoltaïques en fonction des différents types d'applications industrielles. Au CEA, ses recherches sont conduites par le Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux, le Liten.

Pour répondre à l'attente très forte qu'elle suscite, la filière photovoltaïque doit impérativement parvenir à baisser ses coûts de production. Ceux-ci sont étroitement corrélés au prix du silicium employé (Si), matériau par excellence du solaire photovoltaïque, mais aussi de l'industrie électronique. Or, face à une demande mondiale qui ne cesse de croître dans ces deux secteurs, la production de silicium a du mal à suivre en raison de la mise en place insuffisante de capacités de production. Les procédés de purification classiquement employés posent en outre des difficultés tant en termes de coût que d'énergie consommée.

En effet, aujourd'hui, le silicium utilisé dans les cellules photovoltaïques est essentiellement issu de la technique de purification développée et mise en oeuvre au départ pour l'industrie électronique. Ce silicium de qualité électronique est extrêmement pur et permet d'obtenir de très bons rendements : sur une cellule solaire monocristalline (le nec plus ultra en termes de rendement), ils peuvent ainsi monter jusqu'à 20 %, et jusqu'à 17 % sur un tirage polycristallin, un peu moins onéreux. Mais la contrepartie n'est pas négligeable.

Outre son coût élevé, la purification du silicium de qualité électronique s'effectue au moyen de procédés chimiques relativement consommateurs en énergie et émetteurs de gaz à effet de serre, ce qui est préjudiciable au bilan carbone de la filière.

Le photovoltaïque nécessite certes un silicium très pur (les impuretés comme certains éléments et certains défauts cristallins sont en effet néfastes au transport des charges vers les collecteurs de courant) mais d'un niveau de pureté inférieur aux besoins de la microélectronique. Il est donc très intéressant de développer une technologie de purification du silicium propre à la filière photovoltaïque qui mette en oeuvre des procédés plus respectueux de l'environnement.

Le procédé de purification PHOTOSIL, développé au CEA-Liten en partenariat avec le laboratoire académique SIMAP de Grenoble-INP, qui repose sur l'utilisation d'une torche à plasma, répond aux besoins de purification du silicium photovoltaïque. Le développement de cette technologie ne permettra pas d'augmenter significativement les rendements de conversion mais plus particulièrement de baisser les coûts tout en maîtrisant le bilan énergétique global des panneaux solaires.

Les améliorations des cellules solaires en silicium cristallin obtenues ces dernières années au CEA ont déjà donné lieu à plusieurs transferts technologiques vers la société Photowatt.

[ Credit image : CEA ]