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En anglais
RÉSUMÉ
Cet article présente les avantages des films minces polycristallins, amorphes ou microcristallins pour la production de masse des modules solaires. Actuellement, c’est la technologie du silicium cristallin massif qui l’emporte, mais des limitations sont à prévoir sur le moyen terme. De multiples raisons peuvent être avancées pour justifier l’intérêt des technologies des fils minces, citons une meilleure conversion spectrale, la possibilité d’un dépôt direct à partir d’une phase gazeuse ou liquide et la capacité de production de grandes plaques avec interconnexion des cellules.
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Alain RICAUD : Gérant de CYTHELIA Consultants (Savoie-Technolac) - Professeur associé à l’Université de Savoie - Ancien directeur de France-Photon (Angoulême), Solarex Corp (Frederick, Md), et Solems SA (Palaiseau)
INTRODUCTION
Les films minces, qu’ils soient polycristallins, amorphes ou microcristallins, présentent des avantages certains dans la course à la production de modules solaires à grande échelle par leur capacité de produire de grandes plaques où l’interconnexion des cellules est intégrée, par leur consommation très réduite de matière et leur faible consommation énergétique durant le cycle de production.
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Filières silicium amorphe et microcristallin
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2. Filières chalcogénures polycristallins
Dans la filière polycristalline, deux options se détachent nettement depuis quelques années par leurs performances et leur simplicité de mise en œuvre : la filière CdTe et la filière CuInSe2 (et sa variante Cu(In,Ga)Se2 encore dénommée CIGS), toutes deux le plus souvent associées à une couche fenêtre au CdS.
Nous allons voir que les performances des matériaux polycristallins sont étroitement liées à la taille et à l’orientation des grains. Le type de conduction est en général gouverné par la composition chimique, notamment l’écart à la stœchiométrie, ce qui implique que le dopage des couches n’est le plus souvent pas nécessaire.
2.1 CdS/CdTe
Jusqu’à une date récente, il était admis que la filière au CdS/CdTe représentait l’approche la plus prometteuse pour les cellules de nouvelle génération. CdTe paraissait être un matériaux idéal pour les cellules solaires en films minces pour au moins trois raisons :
-
le gap d’énergie est de type direct : ainsi le coefficient d’absorption est élevé (> 105 cm−1 dans le visible) et la couche absorbante ne nécessite pas plus de quelques micromètres pour absorber 90 % du spectre solaire, autorisant par conséquent l’utilisation de matériaux relativement impurs dont la longueur de diffusion des porteurs minoritaires ne dépasse pas quelques micromètres ;
-
la valeur du gap Eg = 1,45 eV est idéale pour la conversion photovoltaïque du spectre solaire ;
-
de nombreuses méthodes existent pour déposer CdTe avec une vitesse de dépôt très élevée tout en gardant une qualité raisonnable.
Depuis plus de trente ans que la recherche est active, les propriétés des films de CdS et de CdTe sont maintenant bien connues des chercheurs. Au moins huit techniques de dépôt de la couche active ont été envisagées :
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PVD (dépôt physique en phase vapeur) ;
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CVD (dépôt chimique en phase vapeur) ;
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CSVT (Close space vapour transport) ;
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ED (dépôt électrolytique) ;
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Screen Printing (sérigraphie) ;
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Spray Pyrolysis (vaporisation suivie de pyrolyse) ;
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Filières chalcogénures polycristallins
ANNEXES
1 Recherches et développements
Quelques problèmes restent encore à résoudre au niveau des procédés.
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On ne sait toujours pas bien contrôler le dopage du CdTe. On a trouvé empiriquement qu’un traitement avec CdCl2 (composé bien connu pour aider la recristallisation des couches CdS) est bénéfique. Tout à la fois, il active la jonction, passive les grains, accroît leur taille et dope. On ne comprend pas bien les mécanismes, mais il a été prouvé que des changements de structure morphologique et électronique sont induits par la présence de CdCl2 dans la phase gazeuse au voisinage du film . Il semble que désormais,...
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