Du germanium nanoporeux pour des cellules solaires multijonctions moins chères

Résultat scientifique Micro et nanotechnologies

Malgré leurs excellentes performances énergétiques, certains panneaux solaires restent encore trop chers pour être déployés en masse. Des chercheurs du Laboratoire nanotechnologies et nanosystèmes (LN2), du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N) et de l’Université de Warwick au Royaume-Uni ont donc réduit les coûts des cellules solaires multijonctions grâce à du germanium nanoporeux. Publiés dans Nature Communications, ces travaux permettent de réduire la présence de défauts sur différents substrats cristallins.

Les cellules solaires multijonctions offrent d’excellentes performances, mais à un coût encore trop élevé. La lumière incidente doit ainsi être concentrée par des lentilles pour rendre le système plus rentable, ce qui ne suffit pour l’instant pas pour concurrencer les cellules solaires classiques. Des chercheurs du Laboratoire nanotechnologies et nanosystèmes (LN2, CNRS/Université de Sherbrooke/UdL – ECL, INSA et CPE/UGA), du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud) et de l’Université de Warwick au Royaume-Uni parviennent à en baisser le prix grâce au germanium nanoporeux.

Les cellules solaires ont besoin d’un substrat cristallin, responsable d’environ un tiers du coût total. Il s’agit habituellement d’une couche de 150 microns de germanium pour les cellules multijonctions, qui pourrait être remplacée par du silicium, bien moins cher. Le contact entre le silicium, le germanium et la cellule cause cependant l’apparition de défauts qui plombent les rendements énergétiques. L’astuce des chercheurs a consisté à insérer une couche de seulement 2 microns de germanium nanoporeux entre le silicium et le reste de la cellule. Quelques défauts apparaissent tout de même, mais ils sont supprimés et empêchés de revenir grâce à un procédé de gravure électrochimique. Les coûts sont alors réduits de moitié, tout en améliorant les performances. Cette technique peut également servir à intégrer des semiconducteurs III-V, tels que l’arséniure de gallium, prisés dans de nombreuses applications d’électronique. L’équipe cherche d’ailleurs à présent de nouveaux débouchés et collaborations.

CellulesSolaires_LN2
© Michel Caron
Youcef Bioud présente des cellules photovoltaïques multi-jonctions à base de germanium nanoporeux.

Références :
Youcef A. Bioud, Abderraouf Boucherif, Maksym Myronov, Ali Soltani, Gilles Patriarche, Nadi Braidy, Mourad Jellite, Dominique Drouin & Richard Arès.
Uprooting defects to enable high-performance III–V optoelectronic devices on silicon.
Nature Communications volume 10, article number: 4322 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12353-9

 

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Richard Ares
LN2