La 3ème génération de cellules solaires inorganiques

L’équipe du professeur Wolfgang Witthuhn mise sur le potentiel des cellules à couches minces, qui devraient remplacer les techniques actuelles à base de silicium.

Dans le cadre de ce projet, les physiciens de l’institut de Jena utilisent des matériaux contenant des éléments chalcogènes, comme le composé cuivre-indium-sulfure (CIS). En effet, "physiquement, le silicium n’est pas bien adapté pour les cellules photovoltaïques", indique M. Witthuhn.

Le silicium n’est qu’un semi-conducteur à gap indirect, c’est-à-dire un matériau pour lequel l’absorption de lumière est interdite au niveau du gap (ou bande interdite) : la transition nécessite l’intervention d’un phonon, processus nettement moins rapide. La faible probabilité d’occurrence de ce processus nécessite que la lumière accomplisse un long parcours dans la maille de silicium. Dans l’état actuel des possibilités techniques, cela signifie que les couches de silicium doivent être relativement épaisses, de l’ordre de quelques micromètres.

Les experts de Jena ont donc opté pour la voie des semi-conducteurs directs, comme par exemple le CIS, dont la meilleure capacité d’absorption photonique rend possible leur utilisation sous forme de couches près de 100 fois plus fines, sans nécessairement devoir recourir à des matériaux d’une grande pureté.

Pour améliorer le rendement de ces cellules inorganiques en couches minces (d’un facteur 2 voire 3), les chercheurs souhaitent les coupler en série. De telles "cellules tandem" existent déjà mais leur coût est rédhibitoire. M. Witthuhn souhaite rendre ces cellules de 3ème génération transparentes, ce qui permettrait d’en recouvrir des façades entières. Il admet qu’ "il ne s’agit encore que d’un rêve", mais un rêve au potentiel économique considérable.

Le projet de recherche, prévu pour 2 ans, est financé à hauteur d’un demi million d’euros par le Ministère de la recherche du Land de Thuringe. Un autre projet sur le même thème est en préparation, en collaboration avec l’université technique de Ilmenau.