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Photovoltaïque

publié le , mis à jour le

  • Personnel concerné :
    - ** Chercheurs permanents : Julien Cardin, Christian Dufour, Fabrice Gourbilleau, Christophe Labbé
  • Projets :
    - ** DGA-REI (2009-2011),
    - ** DSM / ENERGIE - HOFELI (2011-2012),
    - ** Interreg IVB-ENERMAT (2010-2012),
    - ** Interreg IVA - MEET (2012-2015),
    - ** Projet Emergent Région SOLAIRE (2012-2014),
    - ** ANR Blanc GENESE (2014-2017)],
    - ** PHC ORCHID (2015-2016).

L’expertise acquise dans les couches minces à base de Si dopées aux terres rares pour applications photoniques a naturellement conduit à l’émergence d’une nouvelle thématique portant sur la meilleure gestion de la lumière incidente dans les cellules solaires. L’un des moyens possibles pourrait être l’utilisation des propriétés de confinement quantique des nanocristaux de Si pour favoriser une absorption efficace des photons dans la gamme visible du spectre solaire. Une autre façon d’améliorer l’efficacité des cellules solaires consiste à développer des couches de conversion de fréquence pour transformer un photon énergétique en deux photons infrarouges qui seront absorbés et convertis par la cellule solaire Si. À la différence des systèmes proposés jusqu’ici dans la littérature qui concernent les verres dopés aux ions lanthanides, l’objectif de notre recherche est de fournir un système compatible et directement applicable à l’industrie photovoltaïque.

Les résultats les plus significatifs ont été obtenus sur le couple Tb : Yb incorporé dans une matrice d’oxynitrure pour s’approcher de la couche antireflet de nitrure de silicium utilisée dans les modules PV à base de silicium. Les mesures optiques fines ont montré le potentiel de la matrice sensibilisante SixOyNz capable d’absorber sur une large plage de longueur d’onde (250 nm <λ <450 nm) avant de transférer son énergie aux ions Tb3 + environnants.
En incorporant des ions Yb3 + dans les films, une efficacité quantique interne de 190% a été démontrée. Une estimation du gain effectif d’une telle couche sur une cellule solaire en silicium a été réalisée en prenant en compte les différents indices et efficacités de transfert, excitation ... Une efficacité supplémentaire de 2% a été obtenue.
Ces résultats prometteurs sont à l’origine du projet ANR GENESE lancé en janvier 2014.
Il vise à améliorer l’efficacité des cellules solaires grâce à une meilleure gestion de la lumière impliquant plusieurs approches innovantes telles que la couche de conversion de fréquence compatible avec la technologie PV Si, l’effet de diffusion plasmonique, la nanostructuration.
Dans ce cadre, nous avons récemment développé une approche entièrement in situ pour la croissance de nanoparticules métalliques dont la taille, la densité et l’emplacement peuvent être surveillés au sein de la couche. Cela ouvre la voie à plusieurs applications potentielles.