L’innovation devrait selon Mr Yung Shin, professeur en génie mécanique et directeur du Centre de fabrication à base de laser (Université de Purdue), permettre de surmonter 2 obstacles majeurs qui entravent l’adoption généralisée des cellules solaires : la nécessité de réduire les coûts de fabrication d’une part et d’accroître l’efficacité de conversion de la lumière du soleil en courant électrique, d’autre part.
Les minuscules "microcanaux" nécessaires pour l’interconnexion d’une série de panneaux solaires entre eux constituent un élément critique, a t-il précisé. Les méthodes classiques de "traçage" qui créent mécaniquement les canaux avec un stylet, sont lentes, coûteuses et "imparfaites", nuisant au rendement final des cellules solaires.
"Les coûts de production de cellules solaires ont été considérablement réduits en produisant des films minces au lieu de plaquettes, mais il est difficile de créer des microcanaux de haute qualité dans ces couches minces", a ajouté le Pr. Shin. "Les procédés de gravure mécanique à des fins commerciaux ne créent pas des canaux bien définis, de haute qualité. Bien que la gravure au laser a été largement étudiée, jusqu’à présent nous n’avons pas été en mesure de contrôler avec précision ces mêmes lasers pour créer exactement les microcanaux aux spécifications requises."
Les chercheurs espèrent ainsi accroître l’efficacité tout en réduisant les coûts de manière significative à l’aide d’un "laser à impulsions ultracourtes afin de créer des microcanaux dans les cellules solaires à couches minces", a t’il ajouté.
"L’efficacité des cellules solaires dépend en grande partie de la précision du traçage des microcanaux," a indiqué Mr. Shin. "S’ils sont reproduits aussi fidèlement que possible, alors l’efficacité augmente."
Les conclusions des recherches menées ont montré que les pulsations du laser forment des microcanaux à des profondeurs et des limites qui s’avèrent ultra-précises. Le laser agit en réalité dans des temps ultra-courts, de l’ordre de la picosecondes. Ces impulsions sont si fugaces, qu’elles ne causent aucun dommages à la couche mince, et enlèvent la matière selon le modèle désiré, dans un processus appelé "l’ablation froide."
"Le procédé crée des microcanaux très propres à la surface de chaque couche," a indiqué Mr. Shin. "Vous pouvez le faire à très grande vitesse, en mètre par seconde, ce qui est impossible avec une gravure mécanique. Cela reste tout de même très délicat car le laser doit être contrôlé avec précision pour qu’il pénètre dans une seule couche à la fois, et cette dernière est extrêmement mince. Ce type de laser permet un contrôle précis de la profondeur, d’environ 10 à 20 nanomètres."
Les cellules solaires traditionnelles sont généralement planes et rigides, alors que les nouvelles cellules solaires en couches minces sont souples, leur permettant d’être utilisées comme bardages sur les toits, les tuiles, les façades de bâtiments, ou encore comme vitrages sur les puits de lumière. Les cellules solaires en couches minces représentent environ 20% du marché photovoltaïque mondial en termes de watts générés et devraient représenter 31% d’ici 2013.
Les chercheurs envisagent maintenant d’établir une base scientifique pour valider la technique d’ablation par laser. Les travaux sont financés pour une période de trois ans et bénéficient d’une subvention de 425.000 dollars de la part du NSF (National Science Foundation).
Newsletter Enerzine
Recevez les meilleurs articles
Énergie, environnement, innovation, science : l’essentiel directement dans votre boîte mail.
