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Actu-Environnement

Nouvelles perspectives pour l'énergie solaire

Un nouveau procédé vient d'être mis au point par les chercheurs d'EDF et du CNRS/ENSCP, qui offre des perspectives réelles pour un déploiement important du photovoltaïque.

Energie  |    |  Actu-Environnement.com
Un nouveau procédé vient d'être mis au point par les chercheurs d'EDF et du CNRS/ENSCP, qui offre des perspectives réelles pour un déploiement important du photovoltaïque.

L'innovation réside dans le procédé de fabrication du matériau « Cuivre, Indium Sélénium » communément appelé CIS, qui constitue les pellicules de semi-conducteurs utilisées pour réaliser les cellules photovoltaïques.
Jusqu'alors réalisé sous vide selon des méthodes onéreuses, le CIS peut désormais être obtenu à pression atmosphérique grâce au procédé électrolytique mis au point par EDF et le CNRS/ENSCP.

Les dispositifs à semi-conducteurs en couches minces, utilisés notamment pour le photovoltaïque sont obtenus majoritairement par des méthodes de dépôt qui donnent directement des matériaux possédant les qualités requises, mais qui restent très onéreuses car réalisées sous vide poussé (i.e. dans une atmosphère d'où a été évacué le plus grand nombre de molécules gazeuses) . Les procédés de dépôt de couches minces à partir de solutions sont de coût bien plus faible. Largement utilisés pour des revêtements métalliques, ils ont toutefois longtemps été considérés comme peu adaptés pour les matériaux de l'électronique.
Le défi relevé avec le procédé CISEL est d'utiliser des techniques de dépôt en solution pour réaliser des couches minces semi-conductrices. Il devient ainsi possible de ''fabriquer des semi-conducteurs dans l'eau''.
La clé de la découverte réside dans la combinaison d'une étape de dépôt électrochimique de diséléniure de cuivre et d'indium (CIS) suivie d'un recuit thermique fonctionnalisant, permettant de conférer à la couche de bonnes propriétés électroniques en tant qu'absorbeur dans les futures cellules.
Ainsi est-on parvenu à remplacer un procédé coûteux en une étape, par un procédé en deux étapes conduisant à des matériaux de qualité voisine permettant un gain considérable sur les coûts de production.

Le potentiel intrinsèque de ce matériau CISEL est actuellement validé sur petites surfaces de 0,1 cm2. Il offre un rendement record de 11,4 % qui devrait atteindre 14 % d'ici la fin du mois de juin 2004. Actuellement de 6% pour des cellules de 30 cmx30 cm, il devrait atteindre 10% sur les cellules de cette taille d'ici six mois.
Le passage à une échelle intermédiaire de 0,1 m2 puis à l'échelle industrielle de 1 m2 est en cours.
Il restera ensuite à vérifier la capacité de ces modules photovoltaïque CISEL à vieillir dans de bonnes conditions, avant de parvenir au stade de l'industrialisation.

Ce procédé présente un triple avantage :

-Il confère de bonnes performances aux cellules photovoltaïques : rendement de conversion supérieur à 10%, grande stabilité chimique.
-Il est bien adapté pour traiter de grandes surfaces telles que des façades en verre ou des verrières de toits.
-Il diminuerait nettement les coûts de fabrication des modules photovoltaïques.

Cette innovation pourrait ainsi favoriser un développement significatif du photovoltaïque dans le bouquet énergétique de demain, dont la part est aujourd'hui très réduite du fait d'un coût de production des modules encore très élevé.

Cette nouvelle technologie résulte des activités de recherche menées en commun par EDF et le CNRS/ENSCP dans le cadre du projet CISEL(Cuivre Indium Sélénium Electrodéposé).
Lancé en 2000, CISEL a bénéficié du soutien financier de l'ADEME et d'une coopération avec Saint-Gobain Recherche.
Ce projet est entré dans une phase nouvelle avec la création, début 2003, d'un laboratoire commun EDF- CNRS/ENSCP qui porte le nom de « Cellules Solaires en Couches Minces » et regroupe 20 chercheurs sur le site EDF de Chatou.

Lancé en janvier 2003, le Projet CISEL se fixe 3 objectifs principaux :
- Poursuivre les efforts de recherche pour optimiser la performance photovoltaïque du CIS électrodéposé encore jugée trop faible, avec l'objectif d'un rendement de 14%.
- Démontrer la faisabilité d'un produit industriel en réalisant un module photovoltaïque de 0,1 m2 avec un rendement de 10 %.
- Définir la stratégie de valorisation industrielle et sa mise en place à horizon juillet 2004.
Les équipes EDF R&D et CNRS/ENSCP constituent le Laboratoire Commun « Cellules Solaires en Couches Minces » et se regroupent sur une plate forme de 600 m2 spécialement construite à cet effet sur le site EDF R&D de Chatou (78).

D'un budget de 5 millions d'Euros sur 18 mois, le projet CISEL est aujourd'hui constitué de 28 personnes : 16 EDF, 10 CNRS/ENSCP, et 2 chercheurs de Saint Gobain Recherche qui collaborent étroitement au développement d'un substrat optimisé. Une dizaine d'experts EDF R&D et CNRS contribuent également au projet, notamment dans le domaine de la caractérisation structurale et chimique des cellules CISEL.


L'effet photovoltaïque (découvert en 1839 par Henri Becquerel) permet la transformation de l'énergie lumineuse en électricité. Ce principe repose sur la technologie des semi-conducteurs. Il consiste à utiliser les photons pour libérer les électrons et créer une différence de potentiel entre les bornes de la cellule qui génère un courant électrique continu.

A la différence des autres énergies renouvelables, l'énergie solaire est disponible partout sur la terre. L'Europe reçoit en moyenne chaque jour 3kWh par mètre carré même si les déserts les plus ensoleillés recueillent 7kWh. Il n'y a donc pas de problème de gisement pour cette source.

Les premières applications ont lieu dès les années 60 avec l'équipement de satellites spatiaux. Puis à partir de 1970, les premières utilisations terrestres ont concerné l'électrification des sites isolés.
La conversion photovoltaïque de l'énergie solaire est apte à répondre à une demande croissante d'énergie renouvelable. Elle est considérée comme devant prendre une part significative dans l'approvisionnement énergétique mondial. Celle ci sera d'autant plus grande et d'autant plus rapide que des méthodes permettant de produire de l'électricité solaire à moindre coût seront utilisées.

La puissance des installations est exprimée en Watt crête (Wc). Le Wc est la puissance fournie par un module photovoltaïque pour un ensoleillement normalisé de 1000W par m2, à une température de 25°C. Le rendement électrique est le rapport puissance lumineuse incidente sur puissance électrique fournie. Les modules existants permettent des rendements électriques compris entre 5 et 15% .

Actuellement le matériau semi-conducteur le plus utilisé est le silicium, sous forme de plaquettes, offrant le meilleur rendement de conversion de l'énergie solaire en électricité. Cependant, sa purification et son traitement conduisent à des coûts très élevés qui constituent un frein important au développement du photovoltaïque.


EDF Recherche et développement mène, pour l'ensemble du groupe EDF, plus de 250 projets de recherche dans les domaines de la Production, du Développement Commercial, des Réseaux et de l'Environnement et des Technologies de l'Information. Les projets sont progressivement évalués par la méthode VAN (valeur actualisée nette) qui permet d'identifier les leviers de création de valeur et ouvre la voie à la valorisation des résultats. La Recherche et Développement d'EDF, c'est :
-Un budget de 424 millions d'Euros, dont 25 % consacrés au domaine transverse de l' environnement.
- 2400 personnes dont 32 % de femmes
-50 doctorants préparent leur thèse au sein d'EDF R&D

Le CNRS est un organisme public de recherche fondamentale, placé sous la tutelle du ministère chargé de la Recherche. Il produit du savoir et met ce savoir au service de la société. Avec 26 136 personnes (dont 11 774 chercheurs et 14 362 ingénieurs, techniciens et administratifs), le CNRS s'appuie sur 1256 unités de recherche et de service, implantées sur l'ensemble du territoire national et représentées au plan international.

L'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris est une école d'ingénieurs chimistes généralistes. Elle est membre du groupe ParisTech (les 9 grandes écoles d'ingénieurs de Paris et l'Ecole Polytechnique) et de la Fédération Gay-Lussac (les 17 écoles d'ingénieurs de chimie et de génie chimique françaises).

Réactions22 réactions à cet article

 
recherches sur le photovoltaïque

Monsieur, madame

Je suis étudiant en math spé et je travaille acutellement un dossier sur le photovoltaîque pour un devoir de fin d'année.
Mon étude porte sur les erreurs et les progrès qu'a connu le photovoltaîque depuis sa découverte.
Cependant il m'est difficile de trouver des documents relatifs a ce thème.
Jecherche donc une personne qui pourrait me donner des renseignements sur ses erreurs et progrès ou bien sur les principes de création des cellules de silicium ou de cisel car je souhaiterai réaliser des expériences.
Je vous en remercie d'avance.

taro misaki
 
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Re:Tipe sur les CIS en MPSI, besoin d'aide.

Sans etre dans ce projet, il est déjà publié dans la littérature scientifique (donc publique et ouverte à tous) que des mini-modules à base GIGS peuvent etre fabriques avec au moins + de 15% d'efficacite. CISEL en est-il la?

YoRab
 
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Fantastique...

Fantastique... !!! voilà des choses que j'aimerai lire plus souvent !!

Anonyme | 20 décembre 2003 à 14h04
 
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Conseil en environnement

Merveilleux travail ! Vivement juillet 2004.

Christian | 30 décembre 2003 à 07h36
 
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perpectives de premier ordre

La recherche est sur la bonne voie de l'amoindrissement des côuts de fabrication des matériaux nécéssaires pour la production des énérgies alternatives et propres.
Souhaitons et surtout revendiquons dès à présent une grande innovation politique pour inciter au développement de celle-ci....à l'echelle générale ...

philjps | 08 janvier 2004 à 22h47
 
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Et dans l'immédiat ?

On est sur la bonne voie, mais l'on pourrait voir se développer cette énergie dès aujourd'hui avec une volonté politique forte :

-Le tarif de rachat de l'électricité photovoltaïque, 15c€/kWh en France métropolitaine, reste trop bas pour que cette énergie soit "rentable" (à comparer aux 50 à 60c€/kWh en Allemagne),
-Les procédures imposées par EDF pour le raccordement au réseau restent trop longues, trop lourdes et n'incitent pas à faire le choix du photovoltaïque.

Il suffirait d'y remédier, tout en investissant dans la recherche sur les énergies renouvelables, plutôt que de gaspiller 3 milliards d'euros dans un EPR inutile (sauf pour EDF et AREVA, évidemment ).

Jeremy | 09 janvier 2004 à 12h11
 
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Re:Et dans l'immédiat ?

Exact, une volonté politique forte pour développer les energies renouvenables est plus que nécessaire à l'heure actuelle...
On a beau avoir de beau discours sur le développement durable, l'environnement en général, les moyens humains et financiers ne suivent pas (il n'y a qu'à voir les économies drastiques appliquées sur l'ADEME, les différentes associations de protection de l'environnement,...).
Soyons logique, s'il on veut développer les énergies "propres", il faut s'en donner les moyens! (on ne peut pas jouer sur tous les tableaux à la fois!!!)

Pascal | 09 janvier 2004 à 12h29
 
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Partenariat pour un développement durable

Bravo pour cette avancée,
Je suis intégrateur de solutions auprès des collectivités locales et un système d'éclairage permettant de réaliser des économies d'énergie répond aux attentes de mes clients.
Pouvons nous envisager un partenariat pour la commercialisation du produit qui intègrerait votre technologie et userait de notre bureau d'étude et de notre réseau de distribution?
Avant toute vente , l'objectif est de communiquer sur le produit puis
le faire accepter par les élus.

Développons durablement | 13 janvier 2004 à 13h07
 
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Re:Et dans l'immédiat ?

D'accord pour pour la nécessité d'investir vraiment dans les énergie renouvelables, mais je ne suis pas tout à fait d'accord sur 2 points:
- l'inutilité de l'EPR: il est au contraire urgent de réinvestir dans le nucléaire pour avoir des centrales plus sures et plus efficaces dans 50 ans et ne pas être obligé de brûler du charbon
- il y a un point qu'on oublie souvent: la fabrication de cellules photovoltaiques coute non seulement de l'argent mais aussi de l'énergie. Un panneau solaire installé en Europe met plusieurs années à "rembourser" l'énergie qu'a couté sa fabrication. Il n'y a vraiment production d'énergie "propre" qu'au bout de plusieurs années, quand le panneau solaire commence à s'abîmer..

Christian | 14 janvier 2004 à 13h48
 
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Cocorico?

Continuez, et même accélérez! Car en Australie, aux US, en Suisse et en Allemagne aussi on a eu des annonces de résultats dans la recherche de baisse des coûts. Alors bravo, "ça peut le faire" mais souquez ferme jusqu'à la production. Car c'est dans la commercialisation effective des produits que l'on verra qui sont les meilleurs dans cette course mondiale. Pour le moment, nous avons plutôt du retard à rattraper...
Quoi qu'il en soit c'est une bonne nouvelle, qui mérite d'être largement diffusée. :-)
P.H.

FinÆnviro | 15 janvier 2004 à 20h07
 
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rendement

Quelqu'un pourrait-il m'expliquer que les rendements ne soit que de l'ordre de 5 à 15%??
Merci

cécile | 15 janvier 2004 à 21h09
 
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Re:rendement

Ce qui importe surtout, c'est le couple prix-rendement: si les cellules restent aux rendement actuels de l'industrie photovoltaïque (12-14% de l'énergie photonique reçue est convertie en électricité) mais que leur prix est divisé par huit, elles produiront de l'électricité moins cher que les grosses centrales actuelles.
Une division par huit n'est pas absurde, si on considère les cousines des cellules photovoltaïques: les "puces" d'ordinateur, dont les prix (à performance égale) sont divisés par deux tous les 18 mois. Pour le photovoltaïque c'est un peu plus lent, mais tout aussi impressionnant, et cela irait plus vite si les investissements étaient plus importants...

FinÆnviro | 19 janvier 2004 à 15h03
 
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Re:Et dans l'immédiat ?

Parce que les centrales nucléaires ne consomment pas de l'énergie pour leur fabrication et leur maintenance ? Au bout de combien de temps une C.N. produit-elle plus d'énergie qu'elle en a consommé ? ...au moins 20 ans. Et je ne parle pas du coût du démantellement et de la gestion des déchêts pendant, disons, quelques milliers d'années. Il faut arrêter de raisonner à court terme et gober la propagande d'EDF sans esprit critique.
Si l'(E)PR est plus sûr, c'est que les actuelles le sont moins, çà c'est sûr !

Les nouvelles technologies solaires, notamment développées en Suisse, avec dépot de silicium à plus basse température, sont équilibrées en moins d'un an...

La fin du nucléaire viendra de la prise en compte des coûts réels (non gommés par les contribuables, comme aujourd'hui), car l'Europe veille maintenant ! Alors, il vaut mieux investir dès maintenant dans les énergies renouvelables, si on ne veut pas que la france soit encore la risée de l'Europe (880 millions d'euros d'avantages fiscaux pour EDF, çà ne vous interpèle pas ??)

soleil vert | 11 février 2004 à 22h22
 
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qui pourrait me guider?

Monsieur, madame

Je suis actuellement en classe préparatoire BCPST. Dans le cadre de la réalisation d'un dossier scientifique, mon étude se porte sur la comparaison de l'énergie solaire et de l'énergie dite "polluante". J'aimerai étudier les rendements entre une voiture fonctionnant uniquement grâce à 4 cellules photovoltaiques qui sont reliées à un moteur et à une batterie, avec une voiture à essence.Ce projet repose partiellement sur la comparaison des deux véhicules. Dans cette optique, j'aimerai savoir si il vous serait possible de me guider dans mes recherches.J'aimerai modeliser l'influence d'une évolution croissante de véhicules solaires sur l'atmosphère.
Qui pourrait me guider dans mes recherches? Je me heurte à des difficultées quant au cout et au rendemetn de l'énergie solaire. Merci par avance

classe prépa | 29 septembre 2004 à 11h13
 
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Tipe sur les CIS en MPSI, besoin d'aide.

Bonjour,
pour mon tipe, je m'intéresse aux CIS, c'est pourquoi le projet CISEL m'intéresse et j'aimerais pouvoir être en contact avec les chercheurs qui participe aux projets pour obtenir des informations sur ce qui se fait en ce moment.
merci d'avance
Thibaut

Thibaut | 04 février 2005 à 11h08
 
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Re:recherches sur le photovoltaïque

Désolé mais je ne peux repondre à ta requête, continue bien ta recherche !!
Avec toutes mes plus humbles salutations !!

lex | 08 mars 2005 à 18h39
 
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Re !!

Après de nombreuses recherches infructueuses au sujet des cellules photovoltaïques, je n'ai RErien trouvé !!!
Salut !!!!

Lex | 08 mars 2005 à 18h42
 
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Re:recherches sur le photovoltaïque

Après de nombreuses recherches infructueuses au sujet des cellules photovoltaïques, je n'ai RErien trouvé !!!
Salut !!!!

Lex | 08 mars 2005 à 18h48
 
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oui mais...

quand on sait qu'en Europe du nord, il suffit de simplement branvher son onduleur sur une prise, alors qu'avec EDF en France, (ce n'est pasune blague, c'est un technicien EDF qui me l'a dit) c'est 3 compteurs qu'il vous faut, on doute de la réelle volonté d'EDF de développer les énergies renouvelables

al1 | 24 avril 2007 à 15h47
 
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Re:Re:Et dans l'immédiat ?

Aujourd'hui un panneau solaire photovoltaïque a un rendement de 15% à une température de 25°C. Malheureusement exposé au soleil la température du panneau augmente et son rendement de conversion électrique diminue d'environ 0,5% par °C. Au niveau de la durée de vie d'un panneau solaire elle est de 20 ans en moyenne! Et l'énergie produite pendant 20 ans par un tel panneau photovoltaïque est tout juste l'énergie qu'il a fallu fournir pour sa construction... bilan nul!

Doctorant à Dublin | 17 mai 2007 à 15h28
 
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Re:Re:rendement

Le ratio prix / rendement est le bon paramètre. Les meilleurs rendements absolus sont vers 40% (Solartron aux US pour les panneaux satellites, mais très chers). Un optimum économique se dégagera tôt ou tard avec un bon compromis de rendement probablement au delà de 10% (100w électriques / m²). Mais comme il est beaucoup plus facile de "loger" des capteurs non plats (tuiles) le rendement absolu a moins d'intérêt alors. Une fois cette barrière coût vaincue, la seconde à vaincre est celle du stockage effectif de cette énergie en batterie, et elle est de taille: Pour une cabane isolée du réseau ne consommant que 1kWh par jour il faut 750 kg de batterie au plomb (les mieux adaptées bien que chères) pour tenir 5 jours sans Soleil avec 15ans de durée de vie: Encore impensable (3500€ de batteries à remplacer au bout de 15ans). Alors pour fournir le gros de la consommation d'un pays comme la France, malgré un foisonnement favorable, il faudrait 500 millions de tonnes de batteries au plomb! Impensable, il faudrait 100ans de production minière de plomb de toute la planète. Quand à la pollution...
Les meilleures batteries au lithium actuelles ne sont pas même 10 fois meilleures.
Et les barrages réversibles? Oui mais avec une surface d'eau de 100km² et une dénivellation de 360m, pas facile de trouver des sites pour se partager cette mare mais c'est moins irréaliste que les batteries.

PasNaïf | 19 janvier 2008 à 10h39
 
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CIS

Je vous rappelle que les éléments du CIS sont quand-même assez toxiques; c'est donc peut-etre pas encore LA solution pour le PV, comme d'ailleurs les composés III-V, à base d'arsenic ou d'antimoine par exemple... il vaut peut-être rester au bon vieux Si?

com | 19 mars 2008 à 03h38
 
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