Vers des cellules à contacts passivés « INDIUM-Free »

En collaboration avec IBS, fabricant français d’équipements

Publié le 09/02/2021

De nombreuses pistes sont poursuivies pour améliorer toujours le rendement des cellules solaires photovoltaïques et leur empreinte environnementale.

Parmi celles-ci, l’utilisation d’un contact passivé poly-silicium sur oxyde sur les deux faces d’un substrat de silicium représente une voie prometteuse pour obtenir des rendements de conversion élevés avec des cellules photovoltaïques simple ou multi-jonctions.

Le CEA à l’INES développe une approche dite « Hétérojonction haute température » qu’il a baptisée CARLAH : une architecture qui combine des couches de poly-Si ultra-mince, d’une épaisseur ≤ 20 nm, avec des films d’Oxyde Transparent Conducteur (TCO). Nos équipes ont défini un procédé simplifié de fabrication, qui génère de forts effets « getter externes » (extraction des impuretés métalliques), adapté donc aux substrats silicium cristallin (c-Si) bas-coûts et à basse empreinte carbone. Les structures fabriquées sont, de plus, compatibles avec l’intégration en cellules tandem Pérovskites/c-Si. 

Or l’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO) qui est le TCO majoritairement utilisé aujourd’hui pour la fabrication de cellules photovoltaïques à contacts passivés, présente des contraintes liées aux ressources disponibles en indium et à son coût. La communauté du solaire recherche donc des alternatives à ces matériaux. 
Afin d’améliorer le bilan économique et l’empreinte environnementale de ce type de cellules, les couches d’ITO utilisées habituellement en face avant ont été comparées par nos laboratoires à des couches à base de Zinc (AZO) sur des structures à simple jonction. Comme l’ITO, les couches d’AZO étudiées ici sont déposées par PVD, un procédé permettant de faciliter le transfert à l’industrie. 

Le CEA à l’INES vient d’obtenir avec son architecture CARLAH une cellule record d’un rendement de 22.4% au format industriel (M2) sur des substrats monocristallins. Un record mondial pour ce type de cellules, de taille industrielle, à notre connaissance.
Ce résultat est très prometteur sur le chemin de cellules haut rendement à contacts passivés sans Indium. 

Les résultats obtenus sur la technologie CARLAH sont le fruit d’une collaboration avec la société IBS, du projet ANR OXYGEN et d’une thèse cofinancée par l’ADEME. 
 

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