Développement Durable, RSE et Energies

Comme l’explique le groupe industriel tricolore dans son communiqué, les cellules à multi-jonctions sont des éléments utilisées par les systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) pour produire à coût compétitif de l’électricité solaire. Elles sont notamment utilisées pour les grandes centrales solaires des régions aux taux d’ensoleillement direct élevé.

Professeur et directeur du Laboratoire de Photonique et Interfaces de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Michael Graetzel est connu pour avoir permis la convergence des nanosciences et de la photo-conversion en mettant au point une cellule solaire à pigment photosensible, appelée cellule de Graetzel.

Problème, pour exploiter cette nouvelle pile à oxygène haute technologie, il fallait dans le même temps concevoir un panneau solaire qui laisse passer l’air et donc l’oxygène. Chose impossible avec les panneaux solaires solides traditionnels. Ces scientifiques ont donc mis au point un panneau solaire perméable constitué de tiges de dioxyde de titane et ressemblant ainsi à une sorte de tissu flexible, laissant passer l’air par les mailles et absorbant les rayons du soleil par les tiges. Ces tiges appartiennent à la catégorie des cellules solaires de Grätzel sensibles à la couleur et ont donc été teintée de rouge pour optimiser leur réception.

Les résultats obtenus ont mis en évidence deux dynamiques intéressantes. Primo, que la séparation des charges, soit le flux de particules électriques une fois que le rayon de soleil a atteint la pérovskite qui absorbe la lumière, s'est déroulée via un transfert d'électrons aux deux jonctions avec le dioxyde de titane et avec le matériau transporteur de trous, prenant à peine 100 femtosecondes (10–13 s). Secundo, les chercheurs ont découvert que la recombinaison des charges (un processus négatif qui dégrade l'énergie convertie en chaleur et réduit par là même l'efficacité globale de la cellule photovoltaïque) était bien plus lente pour les films d'oxyde de titane que pour ceux fabriqués à base d'aluminium.

Les Résultats attendus, applications et valorisation du programme Guépard

- Augmentation du rendement de la technologie CPV de Soitec pour atteindre 37% au niveau des modules.
- Mise en œuvre dans les zones à fort ensoleillement de centrales solaires de forte capacité, à un coût de production de l'électricité solaire compétitif avec les énergies traditionnelles.
- Réduction du temps de retour sur investissement énergétique (temps de production nécessaire à la centrale solaire pour compenser l'énergie qu'il a fallu dépenser pour sa fabrication et construction) à 9 mois.
- Diminution de l'empreinte carbone du système CPV par rapport aux autres technologies photovoltaïques (objectif : 18 g CO2-eq/kWh).
- Réduction de la consommation d'eau (environ 15l/MWh pour le nettoyage).
- Utilisation du terrain en parallèle possible (élevage ou d'agriculture).

- La technologie CPV vise le marché des centrales solaires dans les régions à fort ensoleillement, notamment à l’export, pour lesquelles elle est la plus adaptée et la moins coûteuse. Le marché du CPV est actuellement un marché de niche ciblant des pays où le solaire est en émergence avec une forte croissance attendue dans les cinq prochaines années.

- L’amélioration de l’efficacité de conversion énergétique, de la conception et de la fabrication des systèmes, ainsi que les effets d’échelle liés à l’augmentation des volumes, pourront permettre à Soitec de viser des marchés importants à l’export en s’appuyant sur une production des nouvelles cellules dans l'usine de Bernin, près de Grenoble.

Une cellule solaire typique comprend un semi-conducteur en silicium qui absorbe la lumière solaire directe et la convertit en énergie électrique. Les semi-conducteurs en silicium ne réagissent cependant pas à la lumière infrarouge. Les ondes lumineuses à haute énergie, incluant la plupart du spectre de la lumière visible, sont gaspillées sous forme de chaleur, alors que les ondes de plus basse énergie traversent simplement le panneau solaire.