L’institut de recherche français du CEA-Liten à l’Ines (Institut national de l’énergie solaire) a conçu une architecture qui combine des couches de poly-Si ultra-mince avec des films d’Oxyde Transparent Conducteur (TCO) à contacts passivés « indium-free », ou sans indium.
Le Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Liten) du CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) affirme avoir développé des cellules PV monocristallines sans indium basé sur des contacts passivés avec un rendement de 22,4%.
Selon les scientifiques, le dispositif a été construit avec une nouvelle architecture de cellule appelée Carlah (pour « Conductive and Anti-Reflective Layers for Advanced high temperature Heterojunction solar cells »), basée sur une approche dite d’ « hétérojonction à haute température ». L’architecture est créée en combinant des couches de silicium polycristallin ultra-minces, d’une épaisseur inférieure ou égale à 20 nm, avec des films TCO à contacts passivés.
« 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 » précise l’institut de recherche.
Le groupe de recherche français rappelle que les contacts passivés pour les cellules solaires sont généralement fabriqués avec de l’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO), le TCO majoritairement utilisé aujourd’hui pour la fabrication de cellules à contacts passivés, dont le coût est élevé en raison de la disponibilité limitée de l’indium. « 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. »
Conçues au format industriel (M2), les cellules affichent un rendement de 22,4% : il s’agit d’un record mondial. 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 (Agence pour la transition énergétique).
Le CEA-Liten avait atteint une efficacité de 24,25% pour une cellule solaire basée sur l’hétérojonction en décembre 2019. Les développeurs de la cellule déclaraient alors qu’ils avaient pu augmenter les performances en améliorant le dépôt de vapeur chimique par plasma renforcé de nanocouches de silicium et de couches TCO et anti-reflet. Ils avaient également réduit les dommages causés par la manipulation des plaquettes lors de leur fabrication