Imprimer cette page

SCM CiGS

Thème Semi-conducteurs en Couches Minces pour le Photovoltaïque : Couches minces CIGS


Pour la caractérisation des cellules photovoltaïques à base des matériaux composés chalcogénures CuInGa(S, Se)2 (CIGS), nos travaux se sont inscrits dans le programme ECODEV (programme ADEME/CNRS) ainsi que dans le cadre de notre collaboration avec l'IRDEP (UMR CNRS/EDF) sur le CIS obtenu par électrodépôt. Nous avons corrélé plus particulièrement les résultats de trois techniques: la spectroscopie d'admittance, les mesures courant-tension dans une large gamme de température et la photoréponse spectrale. Nous pouvons citer ici deux résultats marquants : un type de défauts peu profond en énergie sondé par la spectroscopie d'admittance a été localisé dans le CIGS et non dans la couche tampon de CdS (il y avait une controverse à ce sujet dans la communauté) [ACL.4.22], et la mise en évidence d'un gap graduel à l'interface CdS/CIS lorsque l'absorbeur CIS est obtenu par électrodépôt [ACL.4.41].

 

Perspectives :


Les actions sur les cellules à base de CIGS, engagées ou à venir, visent tout d'abord une analyse fine des défauts électriquement actifs afin de comprendre leur impact sur les propriétés de transport électronique ainsi que sur la qualité de l'hétérojonction et, de façon plus générale, des interfaces, éléments qui sont directement corrélés au rendement photovoltaïque de la cellule. Cette compréhension est en effet indispensable pour que tout le potentiel de cette filière, qui détient le record de toutes les filières en couches minces (proche de 20% sur petite surface), puisse se traduire sur des substrats de grande taille à l'échelle industrielle (13% actuellement pour les modules en production). Parallèlement à ce travail de fond, les études que nous poursuivrons dans le cadre d'actions déjà en cours concernent, d'une part, le remplacement de la couche tampon de CdS afin d'éliminer le cadmium, et, d'autre part, les alliages de plus grand gap que le CIS (1,1 eV), en jouant sur la concentration de gallium pour optimiser un matériau CIGS mieux adapté au spectre solaire, ouvrant aussi la voie aux cellules tandem CIS-CIGS. Ces travaux se poursuivent en collaboration avec l'IRDEP (UMR CNRS-EDF) d'une part, et d'autre part avec le consortium du projet ANR BBCIGSe (12/2006-11/2009 avec le LAMP-IMN Nantes, CEA-LITEN Grenoble, IRCELYON, KEMSTREAM).

Un nouveau projet a été retenu par l'ANR à l'appel à projets HABISOL 2008. Ce projet, dénommé "ULTRACIS", vise une réduction de l'épaisseur de l'absorbeur CIGS de 2 mm actuellement à 0,5 mm voire 0,1 mm de façon plus prospective. Ceci devrait permettre une baisse significative des coûts de production à travers une diminution très importante de la quantité d'indium, peu abondant et donc relativement coûteux, ainsi qu'à travers la réduction du temps de réalisation de la cellule. La stratégie définie pour atteindre cet objectif ambitieux s'est concentrée sur l'ingéniérie des deux interfaces de l'absorbeur aussi bien à l'avant qu'à l'arrière de la cellule afin de réaliser un confinement optique basé en particulier sur les concepts innovants de la nanophotonique et sur des structures plasmoniques sub longueur d'onde au niveau du contact métallique en face arrière de la cellule. Nos partenaires dans ULTRACIS sont l'IRDEP, le LPN, la partie de l'équipe EM2C qui rejoint le LCFIO et l'IREM-ILV. Associées à ce projet, collaboreront aussi deux sociétés allemandes, ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Centre pour la recherche sur l'énergie solaire et sur l'hydrogène) et Würth Solar, qui sont respectivement leaders mondiaux pour la recherche sur le CIGS obtenu par co-évaporation et pour la production de modules à base de CIGS.