L’arséniure de gallium (GaAs) et d’autres matériaux III-V, un nom qui provient de la colonne qu’occupent ces éléments dans le tableau périodique, figurent parmi les matériaux de choix pour maximiser l’efficacité des cellules solaires. Mais leur coût a jusqu’ici réduit leurs champs d’applications à des marchés niches tels les satellites et les drones.
L’année dernière, des chercheurs au Laboratoire national d’énergie renouvelable (NREL) des États-Unis ont adopté un procédé de fabrication appelé croissance par épitaxie dynamique en phase vapeur aux hydrures (D-HVPE), reputé au sein de certaines communautés de recherche comme étant obsolète et inefficace, et ont constaté que la technique pouvait considérablement réduire le temps et le coût de production de ces cellules solaires. Selon Kelsey Horowitz du NREL, en optimisant le procédé et en y incorporant des économies d’échelle, le coût de production des cellules solaires III-V pourrait baisser à entre 0,20 et 0,80 USD / W.
Le NREL a maintenant révélé les détails de la première de ces optimisations. Dans un article paru dans Nature Communications, ses chercheurs sont parvenus à réduire le temps de dépôt d’une couche mince à 23 secondes, représent une accélération considérable comparé aux huit minutes requises habituellement.
« Si nous pouvions réduire les coûts, cela ouvrirait de nombreux marchés où ces dispositifs seraient utiles », a déclaré le scientifique principal de NREL, Aaron Ptak. « Partout où vous avez besoin d’un dispositif à haut rendement qui est fin, léger et flexible, tel que des chargeurs électroniques, des véhicules électriques, des systèmes photovoltaïques intégrés dans les bâtiments, des toits, des drones. »
Plus de 29% d’efficacité
Le procédé D-HVPE a déjà produit des cellules avec une efficacité de 25%. L’équipe de NREL s’attend à atteindre 27% en utilisant sa nouvelle optimisation et affirme que des rendements plus élevés , du niveau de ceux obtenus avec des taux de croissance plus faibles, ne devraient pas être hors de portée.
« Fondamentalement, nous ne voyons aucune raison pour laquelle nous ne pourrions pas atteindre une efficacité de plus de 29% avec le MOVPE », a déclaré le co-auteur du document, Kevin Schulte, faisant référence à une technique similaire de croissance par épitaxie en phase vapeur organométallique. « Nous devons éliminer certains obstacles techniques pour y parvenir, mais nous y travaillons. »
L’équipe du NREL a utilisé le D-HVPE pour faire croître des couches de GaAs à une vitesse de jusque 320 micromètres par heure, et 206 micromètres par heure pour le phosphure de gallium-indium, utilisé comme couche de passivation dans les cellules de GaAs et comme couche photoabsorbante. Les chercheurs ont également déclaré que le procédé élimine bon nombre des matériaux coûteux nécessaires à la production de MOVPE.
« Ce que nous cherchons c’est la même efficacité, la même qualité de matériau, mais à un coût plus bas », a ajouté Ptak. « Les taux de croissance élevés sont l’un des moyens par lesquels nous allons réduire les coûts. »
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