Augmenter le taux de conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique des installations pour en réduire les coûts, tel est le principal objectif de la recherche actuelle dans le domaine du solaire photovoltaïque. Choix des matériaux semi-conducteurs (silicium ou autre), combinaison de plusieurs technologies (hétérojonction), introduction de nanotechnologies… plusieurs axes de recherches sont étudiés. Si certains cherchent avant tout à améliorer le rendement des cellules solaires, d'autres cherchent à optimiser à tous les niveaux le captage de l'énergie lumineuse et sa conversion. Cette voie a abouti au développement du solaire photovoltaïque à concentration (CPV) dont l'objectif est de concentrer les rayons du soleil sur les cellules solaires afin d'élever la densité du flux énergétique et par conséquent la quantité d'électricité produite.

Des cellules solaires à haut rendement

Plusieurs technologies de concentration sont en train d'être développées surtout aux Etats-Unis et en Allemagne. Elles se distinguent par la manière de concentrer la lumière (miroirs paraboliques, lentilles ou encore cône en plastique) mais présentent toutes l'intérêt de ne nécessiter que très peu de semi-conducteur relativement cher. Par exemple, grâce aux miroirs de Fresnel capables de concentrer un millier de fois le rayonnement du soleil, il est possible de réduire d'autant la surface du semi-conducteur. Les besoins en matériaux étant plus faibles, il devient alors possible d'employer des cellules solaires de très haute qualité.

Coupe du panneau© Soitec

C'est l'option développée par l'Institut Fraunhofer des Systèmes Energétiques Solaires (Fraunhofer ISE) en Allemagne et commercialisée par la société Concentrix Solar récemment acquise par Soitec. Le dispositif breveté associe des lentilles capables de concentrer 500 fois la lumière du soleil à des cellules très performantes constituées de matériaux appartenant aux 3ème et 5ème colonnes du tableau de classification périodique des éléments chimiques. Qualifiés de semi-conducteurs III-V pour cette raison, ces alliages de matériaux sont capables de capter chacun une longueur d'onde de la lumière. Empilés les uns sur les autres, ils confèrent à la cellule la capacité de capter l'ensemble du spectre lumineux. Résultat, la cellule a atteint un rendement de plus de 40% dans les laboratoires du Fraunhofer ISE contre 15% pour les cellules solaires à base de silicium cristallin.
Une fois associées aux lentilles, ces cellules peuvent être assemblées en modules photovoltaïques. Sachant que les concentrateurs optiques ne peuvent focaliser que la lumière directe du soleil, Concentrix Solar a choisi de monter ces modules sur des supports en aluminium, appelés « tracker », capable de suivre la trajectoire du soleil. Au final, selon les concepteurs, le module présente un rendement moyen de 27% environ.

Une technologie à l'avenir prometteur

De tel rendement n'a pas laissé de marbre la société française Soitec. Le fournisseur de matériaux semi-conducteur pour l'industrie micro-électronique a en effet acquis environ 80% des actions de Concentrix Solar en décembre 2009. Attirée par la croissance du secteur, la société y voit un moyen d'accroître ses sources de revenus après une année très difficile dans le domaine de l'électronique. Elle entend surtout valoriser son savoir-faire actuel pour améliorer les performances du système et atteindre un rendement de 50%. ''La forte efficacité est la voie de la compétitivité'', explique Emmanuel Arène, Directeur de la Business Unit Photovoltaïque. ''Cette technologies présentent de nombreux avantages par rapport aux autres technologies solaires'', ajoute-t-il en citant la disponibilité pérenne des matières premières, le coût de production de l'électricité plus faible et l'impact environnemental limité même si le taux de recyclabilité n'a pas encore été calculé.

Le solaire photovoltaïque à concentration n'est toutefois efficace que dans les régions chaudes et très ensoleillées. En France, le CPV pourrait être installé dans le Var ou les Pyrénnées mais Soitec vise surtout l'Europe du sud, le sud-ouest des Etats-Unis, l'Inde, la Chine et l'Australie. Le marché américain semble déjà prêt puisque la société Chevron Technology Ventures a prévu d'installer le système Soitec dans une centrale de 1MW au Nouveau Mexique d'ici l'été 2010. 175 modules vont être mis en place sur un terrain de 3 ha. ''Nous espérons atteindre la centaine de MW installés dans les prochaines années'', précise Emmanuel Arène.