Une cellule est notamment constituée d'un semi-conducteur qui récupère l'énergie de la lumière transmise par les photons et la rend sous forme de courant électrique. Plusieurs technologies reposant sur des matériaux semi-conducteurs ont été mises au point mais leurs degrés de maturité, de performance et de durée de vie sont très différents. À l'heure actuelle, les installations les plus commercialisées sont à base de Silicium, un élément intéressant grâce à sa structure atomique. Utilisé majoritairement sous sa forme cristalline (silicium polycristallin ou monocristallin), le silicium est à la base d'une technologie éprouvée et robuste dont l'espérance de vie atteint 30 ans et dont le rendement est de l'ordre de 13 %.
Une autre technologie utilisant le silicium sous une forme dite « amorphe » a également vu le jour. Matériau plus récent, utilisé en couche mince, le silicium amorphe présente des coûts de fabrication moindre que le silicium cristallin mais son efficacité est inférieure (rendement de 7%).
Aujourd'hui, les recherches s'orientent vers une association de ces deux technologies. Le Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et des nanomatériaux du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA-Liten) vient par exemple de s'associer avec la société JUSUNG, principal fournisseur coréen d'équipements pour les fabricants de semi-conducteurs, pour le développement de cellules solaires silicium à haut rendement (supérieur à 20%). D'une durée de deux ans et d'une valeur de 7 millions d'euros, cet accord de collaboration doit aboutir à la mise en place d'une nouvelle filière technologique basée sur le concept de l'hétérojonction entre les deux formes du Sillicium. La jonction entre le silicium cristallin et le silicium amorphe permettrait en effet d'augmenter le rendement de conversion. Un nouvel équipement sera prochainement installé à l'Institut national de l'énergie solaire (INES) en Savoie, institut au sein duquel le CEA Liten a regroupé l'ensemble de ses équipes dédiées à la recherche et développement sur l'énergie solaire.
Le Liten, mène également des travaux de recherches sur l'amélioration du rendement des cellules photovoltaïques en silicium. L'effort porte essentiellement sur l'optimisation des procédés de fabrication des cellules sur silicium multi cristallin et plus récemment sur l'introduction de nouveaux concepts issus des micro et nanotechnologies.
Outre le sélénium, des recherches sont également effectuées sur d'autres semi-conducteurs. L'institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque (IRDEP) par exemple qui réunit EDF, le CNRS et l'Ecole nationale supérieure de chimie de Paris (ENSCP), travaille notamment sur une association de Cuivre-Indium-Sélénium (CIS) utilisée en couche mince. Encore au stade du laboratoire, cette technologie est moins efficace (rendement de 12%) mais présente l'intérêt de diminuer les coûts de fabrication des panneaux photovoltaïques. Toutefois, ces composés inorganiques seront bientôt remplacés par des composés organiques comme les plastiques. Le CEA y voit déjà de nombreux intérêts : peu onéreux, dégradables, faciles à manipuler et faciles à mettre en œuvre dans des formes variées (tuiles de bâtiments par exemple). L'utilisation des matériaux organiques pour des applications photovoltaïques a été étudiée de manière intensive durant les vingt dernières années, mais pour l'instant, ces recherches ont buté sur de faibles rendements de conversion des matériaux (5%) et de nombreux verrous technologiques restent à lever, notamment sur les matériaux, l'architecture des composants et les techniques de fabrication.
Article publié le 23 janvier 2008
