Des chercheurs américains de deux laboratoires de l'UCLA viennent de dévoiler un rendement de conversion record de 10,6% pour une cellule solaire organique réalisée avec une structure tandem combinant plusieurs cellules pour différentes bandes d'absorption de la lumière . C'est notamment l'utilisation d'un nouveau matériau polymère pour l'absorption de l'infrarouge qui a permis d'atteindre ce record …

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Les cellules solaires à structure tandem constituent une approche intéressante pour capter un plus large spectre de lumière. La combinaison de différents matériaux polymères est toutefois un réel défi. Les chercheurs estiment pouvoir atteindre un rendement de conversion de 15% à moyen terme.

Créée fin 2009, la jeune pousse israélienne PV Nanocell s'est fixé pour objectif de réduire le coût de production des cellules solaires en faisant appel à des matériaux et technologies de rupture pour la métallisation, à savoir à des encres conductrices à nanoparticules et au jet d'encre. « Avec nos développements, nous visons à devenir un leader autant du point de vue de la qualité que des coûts, avec l'objectif de réduire de 0,50 $/W le coût des cellules solaires quasi-immédiatement », nous a confié Fernando de la Vega, CEO et fondateur de PV Nanocell. Ses encres sont actuellement en cours de qualification …



« Nous avons choisi de nous concentrer sur le marché des cellules solaires en silicium, soit un marché que nous estimons à 1,2 milliard de dollars en 2015. Dans le solaire, la concurrence accentue la pression pour diminuer les coûts de production, et le procédé de métallisation par jet d'encre est la seule technologie majeure à permettre aujourd'hui des réductions de coûts rapides et significatives. En outre, avec l'approche de la parité réseau, la croissance du marché du solaire ne dépend plus seulement des aides et autres subventions. Avec nos encres à nanoparticules d'argent, nous nous considérons comme un « facilitateur » pour atteindre encore plus vite la parité réseau », précise M. de la Vega.

PV Nanocell chiffre la réduction des coûts de production possibles avec le procédé de métallisation par jet d'encre entre 0,20 et 0,30 c€/W. S'y ajoute la possibilité de travailler sur des tranches de silicium plus minces qu'avec le procédé de sérigraphie, ce qui entraîne une réduction supplémentaire de l'ordre de 0,25 c€/W.

Après un démarrage des ventes d'une première génération d'encres à dispersion en petit volume en 2010, la société située à Migdal Ha’Emek, dans le Nord du pays, compte finaliser rapidement la qualification des encres à nanoparticules d'argent afin de lancer la commercialisation à grande échelle courant 2012. Des encres à nanoparticules de cuivre, encore moins coûteuses (le rapport de prix entre l'argent et le cuivre est d'environ 100 aujourd'hui), sont actuellement en développement et se profilent comme une étape ultérieure de réduction des prix à l'horizon 2013-2014.

PV Nanocell travaille en étroite coopération avec des fabricants d'équipements mais uniquement sur le procédé de dépôt par jet d'encre et non sur les machines. La société a aussi un partenariat avec l'Institut Fraunhofer IKTS (Technologies et systèmes céramiques) de Dresde, en Allemagne. En vue de l'industrialisation à grande échelle, ses travaux portent actuellement sur l'optimisation du process de fabrication des encres afin de pouvoir augmenter rapidement ses volumes de production. Ses ventes dépendront toutefois aussi de la montée en puissance des ventes d'équipements de dépôt par jet d'encre.

La société s'attaque à un marché largement dominé par l'Américain Cabot. Elle vise un chiffre d'affaires de 30 M$ avec la vente de quelque 20 tonnes d'encres l'an prochain, puis 100 M$ avec 90 tonnes en 2014 et 200 M$ avec 200 tonnes en 2015.

Après avoir obtenu un capital d'amorçage de 1 M$ de Terra Venture Partners ainsi que des aides de Bruxelles et du ministère israélien de l'industrie pour un montant total de 340000 $, PV Nanocell est actuellement en train de lever 3,5 M$ de fonds pour financer son développement et l'industrialisation de ses encres. Plus de 1,3 M$ lui sont déjà acquis, après un tour préliminaire auprès de Terra Venture Partners et de l'énergéticien israélien IEC.

Polyera, société américaine basée dans l'Illinois, revendique un rendement de conversion de 9,1% obtenu en laboratoire avec une cellule solaire organique réalisée selon une architecture à hétérojonction en polymère/fullerène avec sa nouvelle encre conductrice ActivInk PV2000. Son compatriote MiaSolé a, pour sa part, dévoilé un panneau PV CIGS avec un rendement de conversion de 17,3% en laboratoire, alors que le rendement atteint 14% en production. Enfin, un autre compatriote, Alta devices, a obtenu la certification du laboratoire NREL pour un panneau photovoltaïque à couches ultraminces d'arséniure de gallium (GaAs) avec un rendement de conversion de 23,5% … …

Une cellule solaire à jonction unique, développée conjointement par Polyera avec le chimiste Solvay dans le cadre d'un programme de R&D avec l'Imec, avait abouti en décembre dernier à un rendement de conversion de 8,3%. La nouvelle performance de Polyera a été certifiée, elle, par le PV Cell Lab de Newport Corp.

Alta devices avait levé 72 M€ dans un tour de table pour financer le développement et l'industrialisation de son procédé de fabrication en mars 2011.

Dans le cadre du projet de R&D Las VeGaS, les sociétés Schott Solar et RENA ainsi que le laboratoire CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik travaillent à remplacer les contacts en argent typiquement présents sur la face avant des cellules solaires par du nickel-cuivre moins coûteux. Premier résultat : une cellule solaire en silicium multicristallin avec des métallisations de cuivre affichant un rendement de 18 % …

Cette approche permet de diviser par deux les coûts de métallisation en face avant. La métallisation en face arrière est réalisée, elle, par sérigraphie.

L’équipe travaille en outre à appliquer cette approche également aux cellules solaires en silicium monocristallin. Elle prévoit d'atteindre un rendement supérieur à 19 %.

La métallisation nickel-cuivre par électrodéposition présente un risque de diffusion du cuivre dans le silicium de la cellule solaire, ce qui diminuerait la durée de vie des électrons et par conséquent le rendement de la cellule. L'équipe de R&D a développé une technique d'électrodéposition d'une couche de nickel en guise de barrière de diffusion, ainsi que les techniques de production appropriées pour réaliser la couche de nickel et les contacts en cuivre.  Ceci en faisant appel à la technologie InCellPlate de RENA.

La jeune pousse britannique Eight19* créée en 2010 à Cambridge (Royaume-Uni) s'apprête à démarrer la production de volume de cellules solaires organiques selon une technique de fabrication par impression sur rouleaux en continu. La ligne de production qui vient d'être installée devrait permettre de réaliser des panneaux photovoltaïques à une vitesse linéaire de 3,6 km/heure. Les premiers panneaux seraient commercialisés en 2013 …

L'outil de production a été réalisé sur mesure selon des spécifications définies par Eight19 qui compte ainsi fabriquer des panneaux PV sur substrat plastique, souples, peu coûteux, non toxiques et légers. Avec des panneaux solaires de faible coût, la société vise notamment des applications dans les pays d'Afrique et du continent asiatique.

Un système d'électricité solaire personnelle, appelé IndiGo, a été dévoilé l'an passé. Fonctionnant selon une méthode dite « pay-as-you-go », ce système se compose d'un panneau PV de faible coût, d'une batterie avec un chargeur de téléphone mobile intégré, et d'une lampe à diode électroluminescente de haut rendement. Les utilisateurs peuvent activer du crédit d'électricité à l'aide de recharges prépayées avec un code validé par SMS sur un téléphone portable. Des expérimentations sont en cours au Kenya et en Zambie, et sont prévues au Malawi et le sous-continent indien. La commercialisation d'IndiGo devrait démarrer d'ici au printemps 2012.

La société Eight19 a été créée entre autres par Richard Friend, professeur à l'Université de Cambridge et déjà co-fondateur de Cambridge Display Technology (Oled) et de Plastic Logic (électronique plastique/organique), afin d'industrialiser et de commercialiser la technologie de cellules solaires organiques produites par impression développée au laboratoire Cavendish. Les autres co-fondateurs sont les professeurs Henning Sirringhaus et Neil Greenham, du même laboratoire, ainsi que le groupe TTP. Carbon Trust, Rhodia et l'Université de Cambridge figurent parmi ses investisseurs. Eight19 avait levé un financement de 4,5 M£ à l'automne 2010. La société cherche aujourd'hui à lever 5 M£ supplémentaires.

* Le nom de la société, Eight19, mérite une explication : 8 minutes et 19 secondes, c'est le temps nécessaire à la lumière pour effectuer le trajet entre le soleil et la terre.

Également dans le photovoltaïque organique, l'organisme belge de R&D Imec, le fournisseur de matériaux pour l'industrie du semiconducteur Polyera et le groupe chimiste Solvay viennent de réaliser une cellule solaire en polymère à simple jonction affichant un rendement de 8,3% …



Vérifié par le laboratoire indépendant américain NREL, ce rendement de 8,3% a été obtenu grâce à l'utilisation d'une structure de conduction inversée (en anglais, bulk inverter heterojunction) conçue par l'Imec, qui permet une meilleure absorption de la lumière mais augmente aussi la stabilité de la cellule solaire en évitant la dégradation de l'électrode (voir, par exemple, ici), et d'un matériau novateur de Polyera pour la couche photoactive.

DOURDAN -. Ambiance plus que studieuse la semaine dernière aux Journées Nationales Photovoltaïques, organisées du 13 au 16 décembre à Dourdan par la Fédération de recherche du CNRS pour le photovoltaïque francilien(1). Et succès total pour cette première édition qui a donné un vaste aperçu de la richesse des travaux, et des résultats, de recherche dans le PV en France. Plus de 30 présentations orales, 75 posters et deux tables rondes ont attiré quelque 200 personnes venues de toute la France, avec 76 établissements représentés dont 50 laboratoires académiques, 5 institutionnels et 21 industriels …



Les étudiants thésards représentaient près d'un tiers des participants. Avec ses huit sessions dédiées aux différentes approches technologiques dans le photovoltaïque, recouvrant tant les diverses filières que des thèmes transverses jusqu'au PV à concentration, le programme scientifique des JNPV a montré que la France est active dans quasiment tous les secteurs (voir ici). Histoire de préciser le contexte, et de permettre à tout un chacun de replacer ses propres recherches dans un environnement global, chaque session a débuté par une présentation, par le modérateur, de l'état de l'art de la thématique abordée.

L'organisation de ces premières JNPV s'inscrit dans une démarche globale entamée par la communauté de la R&D sur le photovoltaïque, et en particulier par le CNRS, en France, qui vise notamment à accélérer l'avènement du photovoltaïque grâce à des recherches amont en soutien à l’innovation industrielle, en partenariat avec d’autres acteurs comme les universités, le CEA et les industriels eux-mêmes. Illustration parfaite de cette démarche, les deux tables rondes de ces JNPV étaient dédiées, l'une, à l'industrie du PV en France et, l'autre, à la politique scientifique dans le PV sur l'Hexagone.

La première a été l'occasion d'une discussion intéressante entre des acteurs, pour la plupart industriels, sur les difficultés actuelles et l'avenir de l'industrie du photovoltaïque en France, avec le cas de Photowatt en ligne de mire. Société historique du PV en France et active avec un certain succès jusqu'au milieu des années 2000 dans la Sun Belt(2), Photowatt a voulu se développer sur le marché français lorsque celui-ci est devenu prometteur avec des tarifs d'achat incitatifs en 2006. Ces derniers ont toutefois attiré aussi nombre de fournisseurs étrangers, avec une pression sur les prix qui s'est encore renforcée cette année du fait des surstocks existants et de la surcapacité de production. Avec, en filigrane, les modifications successives de la réglementation tarifaire qui ont réduit le marché français, pour l'instant, à une peau de chagrin.

Si une seule idée pouvait résumer l'ensemble des échanges, ce serait peut-être l'échange question-réponse initié d'entrée de jeu par Jean-Louis Bal, président du SER, avec la question « y a-t-il une partie de la chaîne de valeur du photovoltaïque qui doit être développée en priorité ? faut-il donner priorité à une partie plutôt qu'à une autre ? » La réponse unanime des intervenants a été claire : « non, il faut développer toutes les étapes de la chaîne car des points faibles signifieraient une dépendance des importations, qui pourrait coûter cher à terme. »

La deuxième table ronde s'est close, elle, sur le conseil de Wolfgang Palz, directeur du World Renewable Energy Council (WREC) de « prendre son destin en mains et de développer la R&D en relation avec l'industrie depuis l'amont jusqu'au prototype » d'une part, et sur l'assurance du soutien du Conseil général de l'Essonne au projet d'Institut photovoltaïque d'Ile-de-France (IPVF) d'autre part. L'IPVF(1) est en effet en attente de labelisation dans le cadre de la création des instituts d’excellence en énergies décarbonées (IEED). Clairement illustré au travers des JNPV, le dynamisme des filières scientifiques a en effet aussi montré la nécessité et l'urgence de créer l'IPVF afin de regrouper les activités de R&D en Ile-de-France pour améliorer leur potentiel (loi d'échelle) en association avec les partenaires industriels (laboratoire commun).

Une partie exposition complétait ces JNPV, avec essentiellement du matériel de mesure et d'autres outils destinés aux laboratoires. « Nous sommes à un tournant de la recherche. Il faut que les laboratoires s'adaptent aux nouvelles exigences des matériaux et s'équipent en conséquence », nous a confié Jean-Luc Pelouard, l'un des acteurs du comité d'organisation et animateur du groupe de recherche « Physique des dispositifs » et en particulier du programme PV Solar, au Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN) du CNRS à Marcoussis.

(1) Voir également notre article
(2) La Sun Belt, ou ceinture du soleil, regroupe les pays proches de l'équateur dans une limite de 35° au nord et au sud.

La prochaine édition des JNPV est d'ores et déjà dans les esprits des organisateurs, et se tiendra vraisemblablement en novembre ou décembre 2012.

Pour en savoir plus sur la R&D dans le photovoltaïque en France et en particulier sur les JNPV, cliquer ici et encore ici

La jeune pousse allemande Heliatek, spécialisée dans les cellules solaires organiques, vient de réaliser une cellule tandem de 1,1 cm2 qui affiche un rendement de conversion de 9,8%. Le process d'industrialisation devrait démarrer au 2e semestre 2012. Une première génération de cellules solaires organiques devrait toutefois être en pré-série de production dès début 2012. Pour Martin Pfeiffer, cofondateur de la société, « les cellules solaires organiques fournissent désormais la même performance que les cellules solaires classiques en silicium amorphe » …



Le record de 9,8% a été vérifié par le laboratoire CalLab de l'institut Fraunhofer ISE de Fribourg en Brisgau (Allemagne). « La prochaine étape vers notre objectif de 15% de rendement de conversion consistera à passer la barre des 10% en 2012 », précise Thibaut Le Séguillon, CEO de Heliatek.

Dans un premier temps, la société prépare le démarrage de la production de volume d'une première génération de cellules solaires organiques pour le 2e semestre 2012. Elle avait d'ailleurs levé 18 M€ il y a deux ans pour préparer l'industrialisation de son process de fabrication. La nouvelle cellule solaire devrait être introduite dans le process pas à pas après le démarrage de la production. Des simulations ont établi qu'une extrapolation de la cellule de 1,1 cm2 par un facteur 120, pour atteindre la dimension d'un panneau PV classique actuel, aboutirait à un rendement de 9%.

Les cellules solaires organiques présentent l'avantage d'être souples, minces et ultralégères (0,7 kg/m2), ce qui ouvre la voie à de nouveaux types d'applications, par exemple que les solutions classiques en silicium ne peuvent pas adresser.

Pour assurer son avenir, Heliatek envisage notamment de lever un financement de 50 M€ au cours d'un 3e tour de table en 2012.

En trois ans, la société Heliatek, essaimage de l'université technique de Dresde et de l'université d'Ulm en 2006, a doublé, en laboratoire, le rendement de conversion pour sa technologie. Cette dernière fait appel à des oligomères, et non des polymères comme la plupart des recherches actuelles sur le PV organique, avec une croissance des petites molécules dans un procédé à basse température qui a déjà fait ses preuves dans l'industrie des OLED (les diodes électroluminescentes organiques). Heliatek développe et synthétise ces molécules dans son propre laboratoire. Le procédé basse température permet d'utiliser un substrat en plastique, ce qui contribue aussi à réduire le poids. La cellule solaire se compose en fait de deux cellules empilées en « tandem », le tout n'ayant que 500 nm d'épaisseur.

A noter que l'équipe de chercheurs à la base de la technologie d'Heliatek, dont son CTO Martin Pfeiffer, vient d'obtenir aujourd'hui, 14 décembre, le Deutscher Zukunftspreis 2011. L'équipe se compose en outre de Karl Leo, directeur de l'institut sur la photophysique de l'université technique de Dresde et de l'institut Fraunhofer des microsystèmes photoniques (IMPS), ainsi que Jan Blochwitz-Nimoth, CSO chez Novaled, un essaimage de l'IMPS dans les Oled.

Pour plus d'informations, cliquer ici

En combinant plusieurs de ses récents développements technologiques, Schott Solar vient de publier un rendement surfacique de 19,7% pour une cellule solaire en silicium monocristallin sans faire appel à de l'argent dans le process de fabrication : la cellule solaire est dotée de contacts en cuivre sur la face avant, tandis que la face arrière est passivée selon la technologie PERC et sérigraphiée avec de l'aluminium …

Le rendement a été vérifié par le laboratoire indépendant Fraunhofer ISE.

Schott Solar a déjà obtenu un rendement de conversion de 20,2% avec des cellules solaires en laboratoire.

Parallèlement, dans le cadre d'un partenariat regroupant Schott Solar, Total, Photovoltech, GDF-Suez, Solland Solar, Kaneka et Dow Corning ainsi que l'institut belge de R&D Imec, les travaux sur des cellules solaires à contact arrière interdigité (IBC) ont abouti à un rendement de conversion de 23,3%, en laboratoire.

Solland Solar devrait, pour sa part, prochainement démarrer la commercialisation de panneaux photovoltaïques de 260 W avec 60 cellules solaires en silicium multicristallin, issus d'une coopération technologique initié avec Schott Solar à l'automne 2010, sous la marque Solland Sunweb et affichant un rendement de conversion de 16,3%.

PARIS –. La Chambre franco–allemande de commerce et d'industrie (CFACI) vient de décerner le prix franco-allemand de l'économie dans la catégorie innovation/nouvelles technologies* : le prix a été remis par Guy Maugis, président de la CFACI et président de Robert Bosch France, à l'Institut Fraunhofer des systèmes d'énergies solaires (ISE) pour SolarBond, un projet de coopération avec Soitec et l'Institut Carnot qui devrait aboutir à réduire les coûts des cellules solaires grâce à l'utilisation d'un substrat réutilisable …

Le projet SolarBond a démarré en septembre 2009 pour une durée de 36 mois, et sera donc terminé dans moins d'un an. Il bénéficie notamment d'une aide de 443685 euros de l'Agence nationale de recherche.

Décerné pour la première fois, le prix franco-allemand de l'économie est placé sous le patronage de François Baroin, ministre de l'économie, des finances et de l'industrie, et de Philipp Rösler, ministre fédéral de l'économie et de la technologie. Le prix se décline en quatre catégories, les trois autres étant ressources humaines, environnement et coopération industrielle. Un jury composé de personnalités du monde économique franco-allemand a désigné les lauréats pour les quatre catégories, en portant une attention particulière aux PME et PMI. L'objectif consiste à valoriser des coopérations entre entreprises françaises et allemandes ainsi que des démarches entrepreneuriales spécifiques des deux côtés du Rhin.

A noter que le prix de la catégorie coopération industrielle a aussi été remis dans le domaine des énergies renouvelables, à Total Allemagne pour un projet de coopération avec l'Allemand Enertrag sur une centrale hybride éolien-hydrogène opérationnelle depuis octobre 2011 à Prenzlau, dans le Brandebourg.

Solibro, filiale de Q-Cells, vient d'obtenir un rendement de conversion de 17,4% avec une cellule photovoltaïque à couches minces CIGS de 16 cm2 dans sa technologie Q.Smart. Le record a été vérifié par l'institut Fraunhofer ISE de Fribourg, Allemagne …

Pour Lars Stolt, CTO de Solibro, ce nouveau record confirme la faisabilité de la feuille de route de la société qui prévoit une efficacité surfacique de 16,7% pour des panneaux PV en production de volume d'ici 2016.

La technologie CIGS Q.SMART a été développée en 1983 par l'Ångström Solar Center à l'université d'Uppsala, en Suède, et est commercialisée par Solibro, un essaimage de cette entité créé en 2006. Q-Cells a racheté Solibro en 2009 et produit les panneaux CIGS sur une ligne d'assemblage de 135 MWc dans son usine de Thalheim, en Allemagne.

« La longue marche vers la création de l’Institut Photovoltaïque Ile-de-France » : le titre de la présentation de Daniel Lincot, directeur à l'Institut de recherche et développement sur l’énergie photovoltaïque (IRDEP), effectuée lors d'un colloque sur l'énergie solaire organisé par le CNRS en octobre dernier était un clin d'œil en référence au temps écoulé depuis la mise en place à la fois de l'Institut national de l'énergie solaire (Ines) à Chambéry, en Savoie, et l'Irdep à Chatou, dans les Yvelines, en 2005 ! Annoncé il y a deux ans, l'IPVF, qui sera dédié aux technologies couches minces et installé sur le campus du plateau de Saclay, est aujourd'hui définitivement sur les rails, sa feuille de route stratégique et les grands thèmes de recherche ont été définis. Sa concrétisation est attendue pour le printemps 2012 …



Ses objectifs : un photovoltaïque compétitif sans tarifs d'achat et permettant une intégration au bâti simplifiée, un développement de technologies pour des marchés internationaux au bénéfice d'une filière industrielle en France, 80 chercheurs dans un premier temps jusqu'à plus de 150 chercheurs à l'horizon 2020. Avec quatre membres fondateurs, qui sont le CNRS, l'École polytechnique, Total et EDF, l'IPVF s'inscrit dans une action de coordination de la recherche française sur le solaire grâce à l'initiative France Énergie Solaire, avec l'Ines et Themisol. Cette initiative permet de couvrir les trois segments de la chaîne, de la recherche amont à l'industrialisation en passant par la recherche technologique dédiée. Pour Daniel Lincot, la présence de grands groupes industriels assure en outre la disponibilité des moyens financiers nécessaires pour passer à l'industrialisation.

Décidée en septembre 2010 et lancée effectivement en février dernier, la Fédération de recherche sur le photovoltaïque en Ile-de-France a, elle, pour mission d'engager des recherches sur le photovoltaïque de 2e génération à base de couches minces, et de 3e génération utilisant des concepts susceptibles d'apporter des rendements de conversion très élevés et porteurs de ruptures technologiques majeures. Un accord de création a été signé à cet effet entre quatre entités du CNRS, à savoir l'Institut de recherche-développement sur l'énergie photovoltaïque (Irdep), le Laboratoire de physique des interfaces et couches minces* (LPICM) de Palaiseau, le Laboratoire de génie électrique de Paris (LGEP) et le Laboratoire de photonique et nanostructures (LPN) de Marcoussis.

La fédération de recherche s'est en outre ouverte courant 2011 à l'Institut des matériaux de Nantes (IMN) et à l'Institut d'Électronique du Solide et des Systèmes (InESS) de Strasbourg, une structure commune à l'Université de Strasbourg et au CNRS. Elle regroupe ainsi une centaine de personnes du secteur du PV, et représente un budget de 2,4 M€ en coûts directs personnels au sein du CNRS.

La création de l'IPVF avait aussi été évoquée lors du colloque « Grand Paris, 4 ans après » organisé par le gouvernement français, le 10 octobre dernier : « 2,85 milliards d’euros seront consacrés au chantier emblématique du Grand Paris, dont l’objet est de faire émerger sur ce territoire, qui rassemble près de 10% de la recherche publique en France, un cluster scientifique et technologique de rang mondial. Ce pôle scientifique se structure progressivement... La dynamique se poursuit puisqu’un projet d’institut d’excellence en énergies décarbonées (IEED) – IPVF sur le solaire – et un institut de recherche technologique (IRT) – SystemX – ont été préselectionnés... »

*Rappelons qu'il existe depuis octobre 2009 une équipe commune de recherche LPCIM-Total, appelée NanoPV, active dans le domaine des couches minces en silicium.

A la 21e conférence internationale sur les techniques et l'ingénierie photovoltaïque qui débute aujourd'hui et se déroule jusqu'au 2 décembre à Fukuoka (Japon), Imec, l'institut de R&D de Louvain en Belgique, et le groupe japonais Kaneka dévoilent des cellules solaires à hétérojonction avec des contacts en cuivre, et non en argent, affichant un rendement de conversion de 21% …

Ces travaux résultent d'une coopération entamée en septembre 2009. Le procédé d'électrodéposition (ou dépôt électrolytique) utilisé a été développé par Kaneka sur la base d'une technologie existante de dépôt de cuivre mise au point par l'Imec dans le cadre de la R&D dans les semiconducteurs.

L'argent est aujourd'hui le matériau de choix pour réaliser l'électrode en face avant des cellules solaires à hétérojonction, utilisant du silicium amorphe. Le dépôt s'effectue selon un process de sérigraphie. Son utilisation freine toutefois l'amélioration des rendements de conversion à cause des difficultés rencontrées pour réduire à la fois la résistivité et l'épaisseur du matériau déposé. Le procédé mis au point par le laboratoire photovoltaïque européen de Kaneka sur le campus de l'Imec à Louvain, est plus économique à deux niveaux : le cuivre est moins coûteux que l'argent, et l'électrodéposition est un process plus économique.

Dévoilé la semaine dernière (voir notre article), le projet Canopea en lice pour la compétition universitaire Solar Decathlon Europe 2012 représente un habitat collectif écologique innovant. Il est présenté par la Team Rhône-Alpes, une équipe pluridisciplinaire regroupant trois corps de métier, plus de 100 étudiants d'une dizaine d'écoles et d'instituts d'enseignement*, et plus de vingt partenaires industriels et/ou institutionnels, y compris l'Institut national de l'énergie solaire (INES). Objectif : gagner la compétition, bien évidemment …



A moins d'un an de la compétition, la conception du collectif de « nanotours » est bien avancée. Véritable écosystème urbain, le collectif répond à deux principes : la verticalité pour économiser l'espace utilisé et sauvegarder les espaces naturels, et l'autonomie afin de recréer des conditions similaires à l'habitat individuel tout en mutualisant les ressources et les services. Chaque immeuble produira de l’énergie électrique solaire, grâce à des capteurs photovoltaïques intégrés sur son toit, et possède des espaces partagés. Le dernier étage, transparent et producteur d’énergie, est un espace commun de loisirs partagé par tous les habitants. Il pourra être équipé de jeux pour enfants, d’une cuisine d’été, d’une laverie etc. Tous les immeubles rassemblés dans un collectif partageront ces ressources, leur permettant d’atteindre une parfaite autonomie à l’échelle de l’écosystème.

Les projets feront l'objet d'une exposition à Madrid pour la finale de la compétition en septembre 2012.

Rappelons que cette compétition a pour objectif de former des étudiants à l'efficacité énergétique et aux énergies renouvelables et de sensibiliser le grand public à ces énergies afin d'aboutir à une acceptation plus rapide et plus vaste.

Comme son nom l'indique, le Solar Decathlon prévoit dix critères d'évaluation des projets présentés par un panel d'experts : architecture, ingénierie et construction, efficacité énergétique, bilan énergétique, confort, équipements et fonctionnement, communication et sensibilisation du public, industrialisation et viabilité sur le marché, innovation et durabilité.

*Pour toutes les informations concernant les partenaires et les écoles engagés dans la Team Rhône-Alpes ainsi que le projet Canopea, consulter le site Web suivant : Solar Decathlon

La Team Rhône-Alpes (composée d'établissements d'enseignement supérieur et de recherche) vient tout juste de lever le voile sur Canopea, un projet d'habitat collectif écologique innovant qui va représenter la France au prochain Solar Decathlon Europe, une compétition universitaire internationale de l'habitat à énergie solaire, dont la finale se déroulera à Madrid en septembre 2012 …



Le concept Canopea propose un collectif de petits immeubles, appelés « nanotours », qui s'inscrit dans un quartier. Cet écosystème, inspiré de la canopée - étage supérieur de la forêt captant 95% de l'énergie solaire et 30% des précipitations - présente quatre caractéristiques qui font écho aux enjeux du milieu rhônalpin et plus largement aux métropoles : un confort individuel recréé dans un collectif ; une ouverture sur la nature ; une mutualisation des ressources et des services pour un respect de l'environnement ; et un collectif intégré dans l'espace urbain. Nous reviendrons sur le sujet dans notre prochain numéro.

Rappelons que l'Armadillo Box présenté en 2010 avait obtenu la 4e place sur un total d'une vingtaine de projets.

Record mondial : Sharp vient de dévoiler un rendement de conversion de 36,9% pour une cellule solaire triple jonction qui fait appel à des couches successives de matériaux composites III-V – InGaP, GaAs et InGaAs (voir ci-dessous) – permettant ainsi d'absorber un spectre de lumière plus étendu …

La société japonaise avait déjà atteint un rendement de conversion de 35,8% avec cette technologie en 2009. Pour augmenter ce rendement, elle a notamment porté ses efforts sur une réduction des résistances, et donc des pertes de puissance, au niveau des jonctions entre les couches, dans le cadre d'un programme de R&D du New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), l'organisme public de promotion de la R&D et de dissémination des technologies industrielles, énergétiques et environnementales. La mesure des 36,9% a, elle, été confirmée par l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST).

Le laboratoire de R&D belge Imec travaille, dans le cadre du 7e PCRD de l'Union européenne, avec 16 partenaires industriels et institutionnels* sur le projet européen X10D qui a pour objectif de développer des cellules solaires organiques en technologie tandem avec un rendement de conversion d'au moins 12% (sur 1 cm2), permettant de réaliser des panneaux photovoltaïques avec un rendement d'au moins 9% (sur 100 cm2). La technologie devra aussi être industrialisable avec un faible coût de production …

L'Imec a déjà obtenu des cellules solaires avec un rendement de 5,15% sur substrat verre.

Le projet X10D vise à rendre les technologies de cellules solaires organiques, prometteuses au niveau des coûts de production et de la productivité en fabrication, compétitives sur le marché des technologies PV à couches minces. Le but consiste à atteindre un coût de production de 0,70 €/Wc pour des cellules solaires, avec une durée de vie d'au moins 20 ans sur substrat verre et d'au moins 10 ans sur substrat plastique.

Le projet est subventionné par la Commission européenne (FP7/2007-2013). Pour plus d'informations, cliquer ici

* Le projet rassemble la majeure partie de la filière européenne active dans le PV organique (R&D et industrie), à savoir le CEA, le centre de recherches néerlandais ECN, le centre bavarois de recherche appliquée ZAE, l'Imperial College of Science, Technology and Medicine de Grande-Bretagne, l'université autonome de Madrid, l'université technique d'Eindhoven, l'entité néerlandaise de recherche TNO, la société allemande de R&D VDI/VDE Innovation + Technik, les sociétés Heliatek (Allemagne), Ikerlan S.Coop (Espagne), Solar Press (Royaume-Uni), Stork Prints (Pays-Bas), Solvay (Belgique), Agfa-Gevaert (Belgique), 3D-Micromac AG (Allemagne), et Arkema France, le tout étant coordonnée par l'Imec.

Chambéry –. Visite de chantier : le bâtiment Helios, futur siège de l'INES qui devrait y emménager à l'été 2012, se profile d'ores et déjà comme la vitrine d'un institut de R&D qui se prépare à accueillir 500 chercheurs à l'horizon 2014-2015 avec un budget annuel de fonctionnement supérieur à 50 M€. Comme il se doit, l'édifice a été conçu avec une orientation précise optimisée afin de bénéficier au maximum de la course du soleil. En toiture, il sera équipé à la fois de collecteurs solaires pour le thermique et d'une centrale photovoltaïque pour l'électricité. Coût de l'investissement : 20 millions d'euros, co-financé par le Conseil général de la Savoie (16,6 M€), et par la région Rhône-Alpes et l'État (3,4 M€) …

« Le bâtiment Helios sera un véritable démonstrateur, le « Cadarache » de l'énergie solaire », a souligné Jean-Pierre Vial, sénateur et vice-président du Conseil général de Savoie, co-président de l'INES, lors de la visite du chantier en compagnie des architectes, Michel Rémon et Frédéric Nicolas*, et des représentants des équipes techniques et des bureaux d'études (Technip TPS, Betrec IG et Solener, Tecsol et Pilote)


L'équipe d'architectes devait répondre à deux exigences : limiter la consommation énergétique annuelle à moins de 27 kWh/m2/an et tirer au moins 40% de ses besoins énergétiques du solaire. Pour cela, le bâtiment a été conçu par les architectes selon les trois aspects fondamentaux : son orientation, son enveloppe et ses équipements techniques. Il sera équipé d'une aile inclinée à 30° sur l'horizontale et exactement orientée plein sud, qui sera porteuse des capteurs thermiques solaires et photovoltaïques.

Le bâtiment Helios s'en tire avec 25 kWh/m2/an selon les simulations, avec 100% du chauffage provenant de sources renouvelables (40% du solaire thermique grâce à 280 m2 de capteurs solaires, 60% du bois), et une centrale photovoltaïque de 3 kWc avec des panneaux couches minces en silicium amorphe sur la tranche sud de l'aile de toiture fournissant de l'électricité en consommation directe. Il n'utilise aucun liquide frigorigène ni aucune énergie fossile, et n'émet pas de CO2. Résultat : une conception originale et esthétique, sans compromis ni contraintes, à la fois compact, aéré et lumineux, mais aussi bioclimatique, hyper-isolé, avec une ventilation naturelle doublée d'une surventilation nocturne, et des laboratoires climatisés par un système de rafraîchissement évaporatif par dessication qui utilise les mêmes capteurs solaires thermiques que le chauffage.

Pour Jean Therme, directeur du CEA Grenoble et notamment délégué aux énergies renouvelables, l'INES est un Institut européen du développement durable (IEDD) dédié à la {b]R&D appliquée dans le solaire qui joue aujourd'hui déjà dans la cour des grands, aux côtés des laboratoires américain NREL et allemand Fraunhofer ISE. Créé à l'automne 2005, il accomplit actuellement sa 3e phase de développement et a ainsi vu passer ses effectifs successivement de 80 personnes (ingénieurs, chercheurs et personnels admiistratifs) à 150 puis à 330 aujourd'hui. Parallèlement, son budget de fonctionnement a, lui, grimpé de 25 M€ en 2005-2006 à 50 M€ en 2007-2009, puis à 80 M€ en 2010-2011. A partir de l'an prochain, ce budget devrait s'élever à plus de 50 M€/an.

L'Ines a aussi contribué à la création d'un écosystème de partenaires, réunis au sein d'un Comité des industriels depuis la fin 2010. Ce dernier regroupe aujourd'hui une centaine d'entreprises qui ont, chacune, travaillé sur au moins un projet de R&D dans le cadre de l'INES.

Le bilan total est éloquent : 200 clients industriels à ce jour, dont environ 100 PME/PMI ; création de 5 start-ups ; la mise au point d'un procédé de purification de silicium pour le solaire en cours d'industrialisation avec un projet d'usine à l'Alpespace de Montmeillan (une coopération Ferropem, Emix, CNRS, CEA LITEN, Appolon Solar et PV Alliance); le développement du LabFab, une ligne pilote de 65 m de long entièrement automatisée pour réaliser des cellules solaires homojonction, qui a été installée chez Photowatt ; un projet de R&D qui a abouti, en seulement deux ans, à l'industrialisation d'une ligne de production clés en mains pour fabriquer des tranches de silicium solaire, ligne qui sera commercialisée par ECM Technologies. La première ligne a été vendue au Kazakhstan où la société nationale Kazatomprom se lance dans la production de tranches solaires et l'assemblage de panneaux photovoltaïques avec une usine de 60 MWc extensible à 100 MWc pour un investissement de 165 M€, dont 100 M€ pour la partie des équipements fournis par des entreprises françaises. (voir notre article)

* Frédéric Nicolas est co-auteur de « La face cachée du soleil », premier ouvrage en langue française qui traitait de l'énergie solaire dans le bâtiment, publié en 1974.

La Fondation MAScIR (Moroccan foundation for Advanced Science, Innovation and
Research) et le CEA-Liten (Laboratoire d’innovation des technologies des énergies nouvelles) viennent de lancer une étude visant à optimiser la durabilité des centrales solaires thermiques à concentration à miroirs de Fresnel développées par le CEA pour le compte de la société française Alcen, ceci en vue de leur implantation sous un climat désertique et en bord de mer. Objectif final : atteindre un prix de revient du kWh électrique produit compatible avec le marché de l’électricité marocain …

Les deux entités se proposent d’analyser le comportement des différents composants des centrales solaires et du système de stockage de la chaleur, en réalisant des tests de vieillissement.
Le projet est prévu sur une période de 3 ans. Une équipe de R&D commune sera créée au Maroc.

À l'occasion de la manifestation Solar Power International à Dallas la semaine dernière, Soitec, leader mondial de la génération et de la production de matériaux semiconducteurs d’extrêmes performances pour l’électronique et l'énergie, a présenté la 5e génération des systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) de technologie Concentrix de sa division Solar Energy, avec des caractéristiques adaptées aux grandes centrales de production d’électricité. Le nouveau système se compose en effet d’un tracker de 28 kW avec une surface de plus de 100 m2 de panneaux solaires …

Cette dimension devrait offrir une performance élevée pour un coût d’installation et de maintenance moindre, et donc optimiser le coût moyen actualisé de production d’électricité (LCoE) des très grandes centrales solaires. La nouvelle configuration affiche un rendement énergétique de près de 30%.

Les nouveaux systèmes CPV sont conçus pour être intégrés dans des modules de 1 MW, chaque module utilisant une paire d’onduleurs centralisés, réduisant ainsi les coûts de construction et de maintenance.

Le nouveau système comporte 12 panneaux CPV de plus de 2 kWc chacun, repensés afin de réduire le nombre de composants et de simplifier voire accélérer l’installation sur site.
Soitec a commencé à livrer des trackers de démonstration sur des sites en projet. La production de volume devrait débuter au premier trimestre 2012, d'abord à Fribourg, en Allemagne, et ultérieurement dans une usine en planning à San Diego, en Californie.