L’Université d’Ottawa, en collaboration avec des partenaires nationaux et internationaux, a réalisé une première mondiale en fabriquant des cellules photovoltaïques micrométriques à contact arrière. Cette réalisation innovante pourrait avoir pour conséquence une miniaturisation accrue dans les dispositifs électroniques.
Les cellules, dont la taille est deux fois plus épaisse qu’un brin de cheveu, présentent des avantages significatifs par rapport aux technologies solaires conventionnelles. Elles réduisent l’ombrage induit par les électrodes de 95% et pourraient potentiellement diminuer les coûts de production d’énergie jusqu’à trois fois.
Le processus de fabrication des cellules photovoltaïques micrométriques a impliqué un partenariat entre l’Université d’Ottawa, l’Université de Sherbrooke au Québec et le Laboratoire des Technologies de la Microélectronique à Grenoble (LTM), en France.
« Ces cellules photovoltaïques micrométriques ont des caractéristiques remarquables, notamment une taille extrêmement petite et un ombrage considérablement réduit. Ces propriétés se prêtent à diverses applications, de la densification des dispositifs électroniques à des domaines tels que les cellules solaires, les batteries nucléaires légères pour l’exploration spatiale et la miniaturisation des dispositifs pour les télécommunications et l’internet des objets », indique Karin Hinzer, vice-doyenne, recherche, et titulaire de la Chaire de recherche universitaire en dispositifs photoniques pour l’énergie à la Faculté de génie.
Un potentiel énorme
« Cette réalisation technologique promet des avantages significatifs pour la société. Des cellules solaires moins chères et plus puissantes aideront à accélérer le passage à l’énergie. Les batteries nucléaires légères faciliteront l’exploration spatiale, et la miniaturisation des dispositifs contribuera à la croissance de l’internet des objets et conduira à des ordinateurs et des smartphones plus puissants », ajoute Mathieu de Lafontaine, chercheur postdoctoral à l’Université d’Ottawa et professeur à temps partiel de physique.
« Le développement de ces premières cellules photovoltaïques micrométriques à contact arrière est une étape cruciale dans la miniaturisation des dispositifs électroniques », précise-t-il.
(A) Schémas d’un circuit électronique 2D sur un epiwafer III-V et d’un circuit électronique 3D sur deux epiwafers III-V collés l’un à l’autre et interconnectés par des vias traversant le substrat.
(B) Cellule thermophotovoltaïque avec des contacts planaires en 2D et des interconnexions en 3D utilisant des TSV.
Vers une économie neutre en carbone
« Les semi-conducteurs sont essentiels dans le passage à une économie neutre en carbone. Ce projet fait partie des nombreuses initiatives de recherche que nous entreprenons à la Faculté de génie pour atteindre nos objectifs sociétaux », commente Karin Hinzer.
Les semi-conducteurs sont inclus dans trois des cinq domaines de recherche à la Faculté de génie, à savoir les technologies de l’information, la photonique et les matériaux émergents, et deux des quatre domaines stratégiques de recherche à l’Université d’Ottawa, à savoir la création d’un environnement durable et la formation du monde numérique.
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(A-C) Schéma (A) d’une microcellule solaire standard à barres et lignes de grille, (B) d’une microcellule solaire à travers le substrat par contact (TSV), et (C) d’une microcellule solaire à travers le substrat par contact (X-TSV) de l’avant (à gauche) et de l’arrière (à droite).
(D) Le tableau compare le facteur d’ombrage pour chaque conception. Les facteurs d’ombrage pour les cellules solaires Si à enveloppe métallique (MWT) et les rendements ont été tirés de la littérature18,19,20,21,22,25,27 et de ce travail.
En synthèse
Ce partenariat international entre le Canada et la France illustre l’importance de l’innovation et de la recherche en micro-fabrication, ouvrant la voie à un avenir où la technologie sera plus puissante et accessible que jamais. Il marque également une étape historique dans l’évolution de la scène scientifique et technologique mondiale.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que les cellules photovoltaïques micrométriques à contact arrière ?
Ce sont des cellules solaires de taille micrométrique, deux fois plus épaisses qu’un brin de cheveu, qui ont été fabriquées pour la première fois par l’Université d’Ottawa et ses partenaires. Elles présentent des avantages significatifs par rapport aux technologies solaires conventionnelles.
Quels sont les avantages de ces cellules ?
Elles réduisent l’ombrage induit par les électrodes de 95% et pourraient potentiellement diminuer les coûts de production d’énergie jusqu’à trois fois.
Qui sont les partenaires de ce projet ?
Le projet a impliqué un partenariat entre l’Université d’Ottawa, l’Université de Sherbrooke au Québec et le Laboratoire des Technologies de la Microélectronique à Grenoble, en France.
Quelles sont les applications potentielles de ces cellules ?
Elles se prêtent à diverses applications, de la densification des dispositifs électroniques à des domaines tels que les cellules solaires, les batteries nucléaires légères pour l’exploration spatiale et la miniaturisation des dispositifs pour les télécommunications et l’internet des objets.
Quel est l’impact de cette réalisation sur la société ?
Des cellules solaires moins chères et plus puissantes aideront à accélérer le passage à l’énergie. Les batteries nucléaires légères faciliteront l’exploration spatiale, et la miniaturisation des dispositifs contribuera à la croissance de l’internet des objets et conduira à des ordinateurs et des smartphones plus puissants.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| 1. Première fabrication de cellules photovoltaïques micrométriques à contact arrière |
| 2. Réduction de 95% de l’ombrage induit par les électrodes |
| 3. Potentiel de réduction des coûts de production d’énergie jusqu’à trois fois |
| 4. Partenariat entre l’Université d’Ottawa, l’Université de Sherbrooke et le Laboratoire des Technologies de la Microélectronique |
| 5. Applications potentielles dans la densification des dispositifs électroniques, les cellules solaires, les batteries nucléaires légères pour l’exploration spatiale et la miniaturisation des dispositifs pour les télécommunications et l’internet des objets |
| 6. Contribution à l’accélération du passage à l’énergie, à l’exploration spatiale et à la croissance de l’internet des objets |
| 7. Importance des semi-conducteurs dans le passage à une économie neutre en carbone |
| 8. Inclusion des semi-conducteurs dans trois des cinq domaines de recherche à la Faculté de génie de l’Université d’Ottawa |
| 9. Illustration de l’importance de l’innovation et de la recherche en microfabrication |
| 10. Marque une étape historique dans l’évolution de la scène scientifique et technologique mondiale |
Références
La fabrication de ces cellules photovoltaïques micrométriques a été décrite en détail dans la revue Cell Reports Physical Science sous le titre «3D interconnects for III-V semiconductor heterostructures for miniaturized power devices».
