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DANIEL LINCOTDirecteur de recherchesau CNRS L

0a Terre baigne dans l’énergie solaire, une énergieévidente, tellement évidente qu’on l’oublie souvent.Pourtant avec 1,56.1018 kWh/an, l’énergie solaire incidentereprésente plus de 10 000 fois la consommation mondialed’énergie (environ 1,1.1014 kWh ). Il s’agit donc d’une

énergie abondante, renouvelable, qui pourrait parfaitementcouvrir la totalité ou une grande part de nos besoinsénergétiques futurs, comme elle l’a fait durant des milliersd’années. Dans le contexte actuel de prise de consciencegénéralisée des incertitudes énergétiques et de la nécessitéde lutter contre le réchauffement climatique, un recours massifà l’énergie solaire sous toutes ses formes, directes(photovoltaïque, thermique) ou indirectes (éolien, biomasse)doit s’imposer comme une priorité, une évidence.

La conversionphotovoltaïquede l’énergie solaire

Parc solairede 10 MWc installéà Pocking (Allemagne)capable d’alimenter3 300 maisonsen électricité.

© www.martin-bucher.de,Stuttgart/Germany

D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 748

kwh/m!

1850-1950

1750-1850

1650-1750

1550-1650

1450-1550

1350-1450

1250-1350

1150-1250

1050-1150

950-1050

850-950

750-850

/kwh/m

FIGURE 1IIrrrraaddiiaannccee ssoollaaiirree mmooyyeennnnee aannnnuueellllee.. Database Meteonorm (www.meteonorm.com) © Meteotest (Bern, Suisse).

Énergie solaire et modules photovoltaïques

Même si l’énergie solaire est maintenant demieux en mieux reconnue dans de nombreuxpays et auprès de l’opinion publique, cette re-connaissance n’a pas été facile et a dû (et doittoujours) faire face à de nombreuses opposi-tions sur des bases parfois étonnamment ré-ductrices. On reproche par exemple àl’énergie solaire, et à ses modes d’exploitationdirecte en électricité en particulier, d’être in-termittente (jour, nuit, saisons), diffuse et nonconcentrée, en oubliant que toute notre ali-mentation, que le pétrole lui-même, sontbasés sur ce mode de production énergétique.C’est comme si nous mettions sur le mêmeplan, société de consommation oblige, le faitde se servir dans un réfrigérateur alimenté au-tomatiquement et celui de produire les ali-ments eux-mêmes. La question du caractèrenon concentré de cette énergie est aussi miseen avant, une centrale électrique de plusieurs

centaines de MW n’occupant que quelqueskm2 au sol. Pour autant faut-il, comme je l’ailu, la comparer avec une bande de 100 mètresde large, le long des plages françaises et ten-ter de démontrer ainsi l’impossibilité du re-cours massif à cette énergie ! On peut trèsbien imaginer de mettre cette bande un peuplus loin de la plage et pourquoi pas de la ré-partir où cela ne gène pas ! Là encore c’est unpeu comme si on refusait de manger du painsous prétexte qu’il a fallu des centaines demètres carrés pour le produire.

Il est utile d’étayer cette démonstration surla base de données concrètes. Dans le cas dela France, la quantité d’énergie reçue enmoyenne par an et par mètre carré varie entre1,2 MWh et 1,5 MWh (la puissance lu-mineuse incidente de référence en plein midiface au Soleil est de 1 kW/m2). Cette valeurvarie suivant la localisation géographiquecomme le montre, pour l’Europe la carte ci-après (fig. 1). Elle atteint 2,7 MWh dans leSahara.

49D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 7

Si on considère une option tout à faitraisonnable de modules photovoltaïques de10 % de rendement électrique, l’énergie pro-duite sera d’environ 130 kWh/an/m2. Pour at-teindre la production électrique françaised’environ 550 TWh/an (1 Tera = 1012) ilfaudrait donc couvrir environ 5 000 km2 desurface. Cela peut paraître beaucoup, maissait-on que la surface bâtie en Francereprésentait 10 700 km2 en 1997, et que les in-frastructures routières près de 16 300 km2 etdonc que l’équipement d’une fraction de cettesurface pourrait produire massivement del’énergie solaire photovoltaïque contraire-ment aux idées reçues.

Ces analyses trouvent leur prolongementdans les programmes ambitieux de « toitsphotovoltaïques » en Allemagne ou au Japon,développés avec succès depuis plusieurs an-nées. Aux États-Unis aussi, les choses évolu-ent avec par exemple la nouvelle loi en

Californie, adoptée l’été dernier, autour del’objectif « un million de toits solaires ». Lapuissance normalisée d’un module photo-voltaïque s’exprime en Watt crête (noté Wc) etcorrespond à la puissance électrique qu’ildélivre sous un éclairement solaire normaliséde 1 kW/m2, correspondant à l’énergie reçueen plein midi face au Soleil par temps clairsous la latitude de l’Espagne. À côté deséquipements des toitures, l’installation de cen-trales photovoltaïques ayant des puissances al-lant de la centaine de kWc à quelques MWc sedéveloppe rapidement (fig. 2).

La question du coût élevé de l’électricitéphotovoltaïque est aussi souvent avancée, àjuste titre, comme un frein. Cependant cecoût, aujourd’hui à environ trois euros parWc, baisse régulièrement avec l’objectif depasser dans quelques années sous la barresymbolique de un euro par Wc. Les effetsd’échelle et l’amélioration des technologies

FIGURE 2EExxeemmpplleess dd’’iinnssttaallllaattiioonnss ccoommppoorrttaanntt ddeess mmoodduulleess pphhoottoovvoollttaaïïqquueess ::a) Installation mc-Si. © Fondation Énergies pour le monde. b) Installation au CIS 50 kWc,45 MWh/an. © Würth Solar.c) Installation mc-Si ,750 kWc. © Photowatt.

a) b)

c)

D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 750

1 000

1 250

1 500

1 750

2 000

1993

0

250

500

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1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

69,4

4

77,6

88,6 15

4,9

199,

9

288,

5

401,

4 557,

8 759,

0

1 19

5,0

1 72

7,0

125,

8

69,0

9

FIGURE 3 ÉÉvvoolluuttiioonn ddee llaapprroodduuccttiioonn mmoonnddiiaallee ddeecceelllluulleess pphhoottoovvoollttaaïïqquueess((eenn MMWWcc))..Source : EurObserv'ER,PV News, mars 2006.

sont à la base de ces progrès constants. Dansces conditions, la compétitivité de l’énergiephotovoltaïque, qui pointe déjà dans des paystels que le Japon où l’électricité est chère, estun objectif réalisable dans les prochaines an-nées, en particulier dans un contexte d’aug-mentation des cours du pétrole. L’accélérationde ce processus fait l’objet de politiquesvolontaristes de nombreux États, accordant àla production d’électricité photovoltaïque,fournie au réseau électrique, des coûts derachat incitatifs. La France, qui revient deloin, vient récemment, avec la loi de juillet2006, de rejoindre le peloton de tête avecl’Allemagne, le Japon et l’Espagne, permet-tant un coût de rachat à 0,55 euros du kWh.

Ainsi, l’énergie photovoltaïque apparaît,contrairement aux idées reçues, comme unesource d’énergie renouvelable incontournableet apte à couvrir dans l’avenir une proportionsignificative et croissante des besoins énergé-tiques, aux cotés d’autres sources d’énergie.L’évolution de la production annuelle de mod-ules photovoltaïques (fig. 3) connaît unecroissance exceptionnelle avec un taux decroissance de 30 à 40 % par an depuisplusieurs années, avec en 2005 une produc-tion d’environ 1 800 MWc.

C’est donc un domaine industriel en pleindéveloppement, créateur de milliers d’em-plois, qui faisait titrer à un magazine en 2003

« Énergie photovoltaïque : une industrie estnée ». Cependant cette progression spectacu-laire ne doit pas faire oublier que cette puis-sance, de l’ordre de celle d’une tranche decentrale nucléaire, reste négligeable dans lepaysage énergétique et par rapport aux be-soins. Une projection des évolutions com-parées au niveau mondial de l’énergieconsommée et de l’énergie photovoltaïque(fig. 4), montre que cette dernière pourrait at-teindre 10 à 20 % en 2050 (auxquels il fautajouter les autres énergies renouvelables). Ilfaut donc poursuivre et même amplifier cetteprogression. C’est un vrai défi à la fois vitalet passionnant.

Dans la suite de cet article, nous verronsplus en détail l’origine de l’effet photo-voltaïque, l’état de l’art des technologies etdes acteurs, puis nous ouvrirons une fenêtre« découverte » avec les perspectives fasci-nantes en matière de recherche et dedéveloppement de cette source d’énergie.

La conversion photovoltaïquede l’énergie solaire : commentça marche ? Où en est on ?

Le rayonnement solaire est constitué dephotons dont la longueur d’onde s’étend del’ultraviolet (0,2 micron) à l’infrarouge loin-

51D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 7

Lorsqu’un photon est absorbé, il éjecte unélectron d’un niveau d’énergie inférieur,vers un niveau d’énergie plus élevé, créantainsi une paire électron-trou, de même én-ergie électrique (fig. 5). Généralement cettepaire électron-trou revient à l’équilibre entransformant son énergie électrique en én-ergie thermique… le matériau chauffe ausoleil.

Récupérer toute ou partie de cette énergiesous forme électrique est justement l’objectifde la conversion photovoltaïque, commentfaire ? Tout simplement en séparant les paires« électron-trou » créées et en les forçant àpasser dans un circuit extérieur. Cela a étérendu possible grâce au fait que les électronset les trous ont des charges de signes opposés(–q ; +q) et donc que si elles sont soumises àun champ électrique, les forces qui s’ex-erceront seront de sens opposé et devraientpermettre la séparation (fig. 5). La clé de l’ef-fet photovoltaïque, est là ! Et cela marche,grâce aux cellules solaires faites en associantun semi-conducteur de type n et un semi-con-ducteur de type p, comme le silicium dopéphosphore et le silicium dopé bore (fig. 6).Les niveaux d’énergie impliqués pour l’ab-sorption des photons sont le niveau du haut dela bande de valence et le niveau du bas de labande de conduction. Ils sont séparés par labande d’énergie interdite Eg, caractéristiquedu matériau semi-conducteur, seuls les pho-tons d’énergie supérieure à Eg sont absorbés.Un champ électrique très fort est créé à l’in-

tain (2,5 microns), avec une majorité dans levisible (0,3 micron –violet– à 0,8 micron–rouge–) autour d’un pic à 0,45 micron.L’énergie totale portée par ce rayonnementest de près de 1 360 W/m2 dans l’espace, auvoisinage de la Terre, et de 1 000 W/m2 auniveau de la Terre, du fait de l’absorptiondans l’atmosphère. Albert Einstein a décou-vert, en travaillant sur l’effet photoélectrique,que la lumière n’avait pas qu’un caractère on-dulatoire, mais que son énergie était portéepar des particules, les photons, l’énergie d’unphoton étant donnée par la relation :

E = hc / !,où h est la constante de Max Planck (1858-1947), c la vitesse de la lumière et ! lalongueur d’onde.

Ainsi, plus la longueur d’onde est courte,plus l’énergie du photon est grande. Cette dé-couverte valut à Albert Einstein (1879-1955)le prix Nobel en 1905.

Une façon commode d’exprimer cette én-ergie est justement son analogue électrique :

E = 1,26 / !,où si ! est exprimé en micron, E s’exprimealors en électronvolt (noté eV) : 1eV est doncl’énergie d’un électron sous un potentiel d’unvolt. La conversion photovoltaïque est juste-ment la transformation de l’énergie du photonen énergie électrique grâce au processusd’absorption de la lumière par la matière.

FIGURE 4 PPrroossppeeccttiivvee dd’’éévvoolluuttiioonnss ccoommppaarrééeess ddeessccaappaacciittééss ddee pprroodduuccttiioonn dd’’éénneerrggiiee ttoottaallee eettdd’’oorriiggiinnee pphhoottoovvoollttaaïïqquuee.. D’après W. Hoffmann,Solar Energy and Solar Cells, 2006. Avec l’aimable autorisation d’Elsevier.

10 000

1 000

100

10

1

2000 2010 2020 2030

35 000

3 500

350

35

3,5

100 %

10 %

1 %

Capacité de production mondialeCapacité de production mondiale

GW

Prod

uctio

n en

TW

h en

supp

osan

t 35

00 h

ple

ine

puiss

ance

par

an

Panneaux photovoltaïques+25 % par an+30 % par an

Années

Photon (E = h!)

Électron (-q)

Trou (+q)Niveau occupé

Niveau inoccupé

Excitation Retour à l’équilibreChaleur, lumière, photosynthèse, ou… énergie électriquePotentiel

Énergie

FIGURE 5 PPrroocceessssuuss dd’’aaddssoorrppttiioonn ddee llaa lluummiièèrree ddaannss uunn mmaattéérriiaauu..

D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 752

Bande de valence

Bande de conduction

Bandeinterdite

V

Contact arrière

Contactavant

Eg

Type N Type P

Champ E

I

I

1 à 200 microns

terface entre ces deux zones, qui permet degénérer un courant électrique dans le cir-cuit extérieur (le photo-courant) sous unetension non nulle, dont la puissance estsimplement P = UI ! On obtient alors unecellule solaire qui possède une caractéris-tique courant-tension (fig. 7). La puissancemaximale est obtenue pour un point partic-ulier de la caractéristique, appelé point defonctionnement. Le rapport de cette puis-sance sur la puissance lumineuse incidentedéfinit le rendement de la cellule.

La figure 8 montre des cellules au sili-cium à différents stades de leur fabrication.Il s’agit d’une plaquette, constituée de sili-cium, découpée à partir de lingots degrande taille. La face exposée au Soleil,qui apparaît bleutée, est de type n tandisque le volume est de type p. Les photonsincidents sont donc absorbés sur toute lasurface de la plaque. Pour cela une certaineépaisseur est nécessaire, d’autant plusfaible que le coefficient d’absorption estgrand. Pour le silicium il faut environ unecentaine de microns. Il génère un fluxd’électrons à la surface qui est collecté parune grille conductrice déposée sur la sur-face et constitue donc le contact avant. À l’arrière, un contact doit aussi être réalisé,qui consiste en une couche conductrice dé-posée sur toute la surface. La surface cou-verte par la grille avant, qui absorbe lesphotons, doit être minimale tout en assurant une bonne collecte. On prend en-suite les contacts sur la grille avant et lacouche arrière, et la cellule est prête àfonctionner en se branchant sur les con-tacts. Cependant une cellule délivre seule-ment une puissance de quelques W sousune tension d’environ 0,6 V. Pour obtenirun générateur plus puissant, on connecteles cellules en série, pour augmenter la ten-sion, et en parallèle pour augmenter lecourant. L’ensemble réalisé, après encap-sulation, est appelé alors module photo-voltaïque, dont les dimensions peuvent êtrede l’ordre du mètre carré actuellement. Lespuissances des modules peuvent aller

FIGURE 6 AApppprroocchheeccllaassssiiqquuee :: lleess jjoonnccttiioonnsssseemmii--ccoonndduuccttrriicceess..

FIGURE 7CCaarraaccttéérriissttiiqquuee ccoouurraanntt--tteennssiioonn dd’’uunnee cceelllluullee ssoollaaiirree ccoommmmeerrcciiaallee aauu ssiilliicciiuumm ppoollyyccrriissttaalllliinn (15 cm x 15 cm de 0,2 mm d’épaisseur) sous éclairement solaire normalisé 1 000 W/m2. © Photowatt International S.A.

P 3,6 WP 3,4 WP 3,2 WP 3,0 WP 2,8 WP 2,6 WP 2,4 WP 2,2 WP 2,0 WP 1,8 WP 1,6 WCell 1501

2

3

4

5

6

7

8

00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Rendement 14,5 %Contours isopuissance

Tension (V)

Inte

nsité

(A)

53D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 7

jusqu’à 200 Wc. Ces modules sont ensuite as-sociés entre eux pour former un champ demodules, constituant une installation photo-voltaïque. Les plus grosses installations peu-vent atteindre aujourd’hui plusieurs MWc.L’énergie électrique distribuée est en continu ;elle peut être transformée en mode alternatifgrâce à des onduleurs, et soit utilisée directe-ment, soit injectée sur le réseau, cette dernièreoption étant largement majoritaire.

Les différentes filières photovoltaïques

La figure 9 montre les structures de base desprincipales filières photovoltaïques actuelles,excepté les cellules organiques sur lesquellesnous reviendrons.

Contact arrière (Ag)

N-Si

P-Si

Coucheantire!et

Contact avant

Verre

SnO2N-aSi

P-aSiAg

1-2

mic

rons

150-

250

m

Cellule au silicium cristallin

Cellule au Silicium amorphe

P-CIGS

Verre

N-ZnO

Mo

1-3

mic

rons

1-5

mic

rons

Cellule au Cu(In,Ga)Se2

i-a Si

Contact avant

Jonction tunnel

Jonction 1Courtes longueurs d’ondes

Jonction 2Grandes longueurs d’ondes

Contact arrière

Cellule à double jonction

C

M

J

CM

MJ

CJ

CMJ

N

FIGURE 9 SSttrruuccttuurree ddee bbaassee ddeess pprriinncciippaalleess ffiilliièèrreess pphhoottoovvoollttaaïïqquueess aaccttuueelllleess..

FIGURE 8CCeelllluullee pphhoottoovvoollttaaïïqquuee ssiilliicciiuumm 20 cm ! 20 cm.Rendement de conversion 14,75 %De gauche à droite : plaque Si après découpe, après texturation, après formation de la jonction et dépôt du traitement anti-réfléchissant et cellulefinie.© CEA, plate-forme RESTAURE cofinancée par l’ADEME.

D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 754

La figure 10 montre l’évolution des rende-ments record des principales filières photo-voltaïques actuelles. On y trouve les cellulesau silicium monocristallin et polycristallin,les cellules au silicium amorphe, les cellulesau diséléniure de cuivre et d’indium (CIS), autellurure de cadmium (CdTe), mais aussi lescellules à base de composés appelés III-V (parréférence à la classification périodique) dutype GaAs et InP, qui appartiennent à la caté-gorie des cellules à multijonctions. À coté deces filières bien établies, sont apparues denouvelles filières, basées sur l’utilisation decolorants ou de matériaux organiques, quin‘en sont donc qu’à leurs balbutiements. Lesfilières Si, CIS et CdTe sont actuellement lesseules utilisées de façon importante.

Les filières siliciumDans le paragraphe précédent, nous avons

vu comment à partir du processus élémentaired’absorption d’un photon, on pouvait créerdes paires électron-trou dans des cellules, puisles connecter pour faire des modules. Nousavons pris pour exemple les cellules au sili-

cium (Si) qui sont à la base actuellement deprès de 98 % de la production photovoltaïque.Les cellules peuvent être faites à partir de pla-quettes de silicium cristallisé (c-Si) dans deuxcatégories distinctes, le silicium mono-cristallin (mc-Si) et le silicium polycristallin(pc-Si), dont le gap est de 1 eV. Le siliciummonocristallin est plus cher que le poly-cristallin mais permet des rendements plusélevés, avec près de 24,5 % contre 19 % derendement record sur les cellules de labora-toire. Ces deux filières dominent actuellementlargement le marché (91 % ), avec des modules commerciaux présentant des rende-ments de 12 % à 14 % pour le polycristallin(majoritaire) et 15 % à 16 % pour lemonocristallin (avec cependant des rende-ments de près de 20 % obtenus récemment).Afin de réduire les coûts, se développent destechnologies de production ne passant pas parune étape de découpe des plaquettes, qui con-somme de la matière et de l’énergie, mais quiutilisent directement le tirage de rubans à par-tir de bains fondus. Celles-ci sont encorecependant très en retrait par rapport aux tech-

12

8

4

0

16

20

24

28

32

36

200019951990198519801975 2005

Rendements photovoltaïques record

Rend

emen

t (%

)

Universityof Maine

Boeing

Boeing

Boeing

BoeingARCO

NREL

BoeingEuro-CIS

NREL/Spectrolab

NRELNREL

JapanEnergy

Spire

No. CarolinaState University

Varian

RCA

Solarex

UNSW

UNSW

ARCO

UNSWUNSW

UNSWSpire Stanford

Westing-house

UNSWGeorgia TechGeorgia Tech Sharp NREL

Spectrolab

NREL

MasushitaMonosolar

Kodak

Kodak

AMETEK

Photon Energy

UniversitySo. Florida

NRELNREL

NRELCu(In,Ga)Se2

14x concentration

NREL

United Solar

United Solar

RCA

RCA RCARCA RCA

RCA

Spectrolab

Solarex

University ofLausanne

Siemens

Kodak UCSB Cambridge

Groningen

University LinzBerkeley

Princeton

University

LausanneUniversity of

Linz

Multijunction à concentration

Double jonction (2 terminaux monolithiques)Triple jonction (2 terminaux monolithiques)

Cellules Si cristallinMonocristallinPolycristallin

Cellules en couches mincesCu(In,Ga)Se2

Si amorphe (Si:H) stabiliséTechnologies émergentes

Cellules à colorantsCellules organiques(technologies variées)

CdTe

FIGURE 10 RReennddeemmeennttss pphhoottoovvoollttaaïïqquueess rreeccoorrdd.. Source NREL, www.nrel.gouv.

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nologies classiques (2,9 %). Ces dernières con-naissent un essor considérable, avec le montagede lignes de production automatisées (fig. 11),qui atteindront 400 MWc par an, au lieu de 20à 30 MWc il y a quelques années seulement.Des lignes pouvant aller jusqu’au GWc sontprévues, notamment en Chine, où le photo-voltaïque connaît un essor très important.

Il est intéressant de noter que l’industriephotovoltaïque, qui utilisait comme source desilicium les rejets de l’industrie électronique,doit maintenant faire face à une pénurie crois-sante du fait de l’accroissement de la de-mande. Cette situation entraîne une mutationindustrielle avec la mise en place progressivede filières spécifiques de production de sili-cium photovoltaïque, marquant une nouvellephase de développement.

L’évolution de cette filière est donc specta-culaire. Elle associe la croissance industrielleà une innovation permanente en matière deméthodes de fabrication afin d’augmenter lesrendements et diminuer les coûts.

Une autre forme structurale du silicium peutexister, le silicium amorphe, noté a-Si, quipossède un coefficient d’absorption beaucoupplus élevé dans le visible (d’un facteur d’environ 100) que le silicium cristallin, dufait de processus d’absorption des photonsplus efficaces, dits directs. Cela permet d’en-visager la fabrication de cellules à l’aide decouches minces, de l’ordre du micron d’épais-seur, qui permet de réduire significativementles coûts de production (fig. 9). De plus, le a-Si peut être déposé directement à basse tem-pérature par un procédé de dépôt chimique enphase vapeur assisté par plasma, par décompo-sition du silane (SiH4). Sur un substrat de verrede vitre, on dépose d’abord une couched’oxyde transparent conducteur (0,5 micron),puis une couche de a-Si de type n, une couchede a-Si semi-isolante, dite intrinsèque (au total1 micron), et enfin une couche métallique ar-rière à base d’argent (l’éclairement étant réalisé à travers le support de verre). Ces caractéristiques, permettant d’abaisser signi-ficativement les coûts de production, sont à labase de la filière au silicium amorphe. Malgrédes rendements des modules plus faibles que lesilicium cristallin (6 % à 7 %) cette filière tendà se développer dans un contexte de forte de-mande, et se positionne après les filières au sili-cium cristallin (4 %).

La découverte récente d’autres formes struc-turales de silicium entre l’amorphe et lecristallin (polymorphe, microcristallin) et sus-ceptibles d’améliorer les rendements desmodules autour de 10 %, constitue une nou-velle base de développement d’une nouvellefilière couche minces appelée silicium onglass.

Les filières non silicium : CIS et CdTeLes recherches se sont aussi portées vers

d’autres matériaux que le silicium, mieuxadaptés à une utilisation en couches mincestout en délivrant de hauts rendements.

FIGURE 11LLiiggnnee iinndduussttrriieellllee ddee pprroodduuccttiioonn ddee cceelllluulleess aauu ssiilliicciiuumm àà QQ..CCeellllss .. Source Q.Cells (Allemagne).

(1) Dans le cas du CdTe, avec Eg =1,5 eV ; dans le cas du CIS, gap modulable entre 1 eV et 1,75 eV.

D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 756

FIGURE 13ÉÉllaabboorraattiioonn ddee cceelllluulleess aauu CCIISSppaarr éélleeccttrroollyyssee,, Chatou, France.Institut de recherche et dedéveloppement sur l’énergiephotovoltaïque. (CNRS-EDF-ENSCP) – Photothèque EDF-© J.-P. Muller AFP.

Deux filières se sont imposées progressive-ment, l’une basée sur le tellurure de cadmium(noté CdTe), et sur les alliagesCu(In,Ga)Se2,(cuivre indium/gallium sele-nium noté CIGS) appelée filière CIS. Des ren-dements records de 16,5 % pour CdTe et deprès de 20 % pour CIS (19,5 %) ont étéobtenus (fig.12).

Les cellules au CIS sont constituées d’un em-pilement d’une couche métallique de molyb-dène, de 0,5 micron d’épaisseur, déposée surdu verre de vitre. Elle sert de contact arrière.

Puis est déposée une couche CIGS de type p,d’environ 1,5 micron, qui absorbe la lumière.Suit une mince couche de CdS ou de ZnS (deplus en plus) d’environ 50 nm, et enfin unecouche de ZnO de type n, d’environ 1 micrond’épaisseur, servant aussi de contact avant con-ducteur et transparent. Contrairement aux cel-lules a-Si, l’éclairement est fait par le dessus.Dans le cas du CdTe, une couche de CdS detype n est déposée sur du verre/SnO2, puis unecouche de CdTe de type p, d’environ 2 mi-crons, et d’une couche conductrice de carbonequi sert de deuxième contact.

Ces résultats, tout à fait remarquables,compte tenu de l’utilisation de couchesminces déposées sur verre comme pour le sili-cium amorphe, associées au fait de la possi-bilité de fabrications de modules de grandessurfaces, ont conduit à l’émergence de cesdeux nouvelles filières (environ 2 %). Lesmodules au CIS, présentant des rendementsde 11 % à 13 % (les rendements sont un peuplus faibles pour CdTe avec environ 8 % à9 %) se positionnent au delà des modules ausilicium amorphe et sont comparables, pour leCIS, aux modules au silicium polycristallin.

Bien que bien moins développées que les filières au silicium, celles-ci montent néan-moins en puissance, l’émergence de la filièreindustrielle CIS étant plus récente. Elles s’ap-puient sur des ruptures potentielles en termes

FIGURE 12VVuuee,, àà ll’’aaiiddee dd’’uunn mmiiccrroossccooppiieeéélleeccttrroonniiqquuee àà bbaallaayyaaggee,, des couchesCIGS conduisant à des rendements de 19,5 %. Avec l’aimable autorisationdu Dr Kannan Ramanathan (NREL).

Mo

CIGS

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de coût de production. Des unités de produc-tion allant de 15 MWc/an à 100 MWc/an sontactuellement mises en opération au Japon eten Allemagne qui devraient permettre ledéveloppement de cette production. Notonsque la filière CIS est étudiée en France, ausein de l’IRDEP sur la base d’une technologiede production du CIS basée sur l’électrolyse(fig. 13), au lieu des technologies classiquesde dépôt à partir de procédés sous vide, quipermettra un nouveau levier pour abaisser lecoût de production. Dans le même esprit, unesociété américaine annonce la mise en place

d’une filière basée sur la sérigraphie, avec desprojets de plusieurs centaines de MW. Cesméthodes, particulièrement bien adaptées auxgrandes surfaces sont rendues possibles grâceà la tolérance exceptionnelle du CIS aux dé-fauts structuraux et chimiques, contrairementau silicium. De nombreuses recherches visentà comprendre l’origine des propriétés de cesmatériaux et à les optimiser.

La séquence de fabrication des modules encouches minces a-Si, CdTe et CIS diffèrecomplètement de celle des modules classiquesau silicium. Elle est basée sur le principe de

Dépot de Cu(Ga,In)Se2

Gravuremécanique

Gravuremécanique

Nettoyage du verre de vitre sodocalcique

DC. pulvérisation cathodique de Mo

Gravure par laser Nd:Yag

Dépot couche minceCdS ou ZnS

Pulvérisation i-ZnO radio-fréquenceet ZnO-Al (Ga) par DC

Encapsulation par polymère EVAcouverture par une vitremise de contacts Cu-Ni

ZnO (1 µm)

CdS (0,05 µm)CIGS (2 µm)Mo (0.5 µm)Vitre (2-3 mm)

Mode d’interconnectionModule solaire CIGS avec intégration monolithique

3e gravure

2e gravure

1e gravure

FIGURE 14SSééqquueennccee ddee ffaabbrriiccaattiioonndd’’uunn mmoodduullee aauu CCIISS.. Avec l’aimableautorisation du Dr HansW. Schock (HMI, Berlin) et du Dr Michael Powalla(ZSW, Allemagne).

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l’interconnexion monolytique où les cellulessont des bandes étroites isolées par gravure, etconnectées en série entre elles par dépôt sélec-tif des contacts avant (fig. 14, cas du CIS).

Les cellules solaires sur supports souples, unetechnologie qui se développe

Bien que la majeure partie de la productionde cellules solaires soit faite sur des substratsde verre, commence à se développer une filière complémentaire, utilisant des supportssouples très minces, soit métalliques(quelques dizaines de microns suffisent), soitplastiques. L’avantage de ces supports est leurpoids, plus faible que pour le verre, leur sou-plesse d’utilisation, de mise en œuvre et detransport. Des cellules Si et CIS utilisent déjàcette technologie. Cependant ces substrats en-trainent des contraintes supplémentaires (tem-pératures limitées, déformations) qui doiventêtre surmontés. Un avantage majeur résideégalement dans leur coût, potentiellement trèsfaible, qui en font des supports de choix pourle futur.

Les acteurs du photovoltaïque Les acteurs industriels du photovoltaïques

sont d’abord Japonais et Allemands en co-hérence avec les choix stratégiques faits parces pays de s’engager dans le domaine photo-voltaïque (fig. 15). Les Espagnols sontprésents, les Chinois montent en puissance.Les Américains sont en retrait, mais la situa-tion pourrait changer rapidement car les en-treprises commencent à s’y mettre. La Franceest encore en retrait, avec une seule entrepriseapparaissant dans les classements, mais la sit-uation évolue rapidement. Des projets impor-tants (industrie & recherche) se développentdans le domaine autour du CEA, du CNRS etd’industriels (EDF, Total, Saint-Gobain) avecle soutien de l’ANR (Agence nationale de larecherche), de l’ADEME et des régions. Des

instituts ont été créés comme l’Institut na-tional de l’énergie solaire (INES associantCEA-CNRS-région), l’IRDEP associantEDF, CNRS et ENSCP, des plates-formesdédiées comme celle de l’Institut nationald’électronique du solide et des systèmes(INESS avec le CNRS, l’université, la ré-gion) à Strasbourg. De nombreuses équipesuniversitaires sont aussi associées créant unréseau très riche.

Le développement du photovoltaïque estdonc pris en charge par des acteurs majeurs auniveau de la scène industrielle mondiale, avecde grandes entreprises généralistes mais ausside nouveaux venus spécialisés qui peuventtrouver leur place compte tenu de la jeunessedu domaine et de la place de l’innovation(fig. 15). Il bénéficie aussi du soutien motivéde centaines d’équipes de recherchesacadémiques.

Les perspectives Les perspectives ouvertes par la conversion

photovoltaïque sont très importantes et variées. C’est un domaine en pleine ébullitiontant au niveau industriel qu’au niveau de larecherche, tout d’abord autour de la filièreprincipale au silicium, mais aussi dans la filière des couches minces non silicium, puisdans de nouvelles filières exploitant des con-cepts ou matériaux nouveaux et enfin dansl’émergence d’une recherche sur les très hautsrendements.

Concernant le silicium, les entreprises endéveloppement sont méconnaissables d’uneannée sur l’autre, avec de nouveauxéquipements, de nouveaux procédés, de nou-veaux locaux et personnels afin de faire face àl’augmentation de la production (43 % l’an-née dernière). L’automatisation, l’optimisa-tion des procédés cellules, la mise en place denouveaux procédés de purification, de tirageoccupent une place importante dans la filièresilicium cristallin. Beaucoup reste à faire enmatière de recherche et développement, enparticulier dans le domaine des rubans, des

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billes pour c-Si, des couches mincespour a-Si et microSi, les multijonc-tions (fig. 9). Dans le domaine descouches minces à base de CIS leslaboratoires de recherche sont mobi-lisés sur les études visant à compren-dre et optimiser les matériaux, lesdispositifs (rendements supérieurs à20 %, multijonctions), mettre aupoint de nouveaux procédés. Unevoie de recherche à plus long termevise à réduire l’utilisation del’indium dans le CIGS en le rem-plaçant progressivement par des élé-ments plus abondants par exemplel’association zinc /étain. Cependant,une ère nouvelle semble se dessinerpour le photovoltaïque, marquée parla volonté des chercheurs de décou-vrir de nouveaux systèmes encoremoins chers, en jouant sur le coût desmatériaux ou en repousser les limitesen termes de rendements.

La figure 16 illustre bien lastratégie globale des recherches surle photovoltaïque, elle fait appa-raître les différentes options et lesperspectives à moyen et long terme.Ceux-ci résulteront à la fois d’unabaissement des coûts et d’une aug-mentation du rendement, indiquéspar les flèches pour les différentesfilières.

Un saut technologiquepotentiel en matière de coûts : vers des cellules solairesorganiques ?

Alors que l’on utilise de plus en plusdes matériaux organiques dans le do-maine de l’optoélectronique, avec lesperspectives d’électronique or-ganique voire moléculaire, l’éclairage à l’aide diodes électrolu-

Les seize producteurs de cellulesqui fournissent 84 % du marché (MWc)16 premiers 2004 2005 Croissance Pourcentage

Sharp (Japon) 324,0 428,0 32 % 23,7 Q cells (Allemagne) 75,0 165,7 121 %

Kyocera (Japon) 105,0 142,0 35 % 7,9 Sanyo (Japon) 75,0 125,0 67 % 6,9

Mitsubishi El (Japon) 65,0 100,0 54 % 5,5 Schott Solar (Allemagne) 78,3 95,0 21 % 5,3

BP Solar 66,1 86,0 30 % 4,8 Suntech Power (Chine) 35,0 82,0 134 % 4,5

Motech (Taïwan) 35,0 60,0 71 % 3,3 Shell Solar 72,0 59,0 -18 % 3,3

Isofoton (Espagne) 53,0 53,0 0 % 2,9 Deutsche Cell (Allemagne) 28,5 37,5 32 % 2,1

Photowatt (France) 28,0 32,6 16 % 1,8 Kaneka (Japon) 17,0 20,8 22 % 1,2

Ersol (Allemagne) 10,0 20,0 100 % 1,1 Astropower / GE (Etats-Unis) 14,2 18,0 27 % 1,0

Reste du monde 180 283 58 % 15,7

Monde 1 261 1 808 43 %

9,2

FIGURE 15LLeess sseeiizzee pprroodduucctteeuurrss ddee cceelllluulleess qquuii ffoonntt 8844 %% dduu mmaarrcchhéé.. © La lettre du Solaire Cythelia, 2006.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6004002000Euros/m2

Stratégies de réduction des coûts de l’électricité photovoltaïque

Rendement (%)

3,5 Euros/Wp

1 Euro/Wp

0,5 Euro/Wp

mc-Sipc-SicmOrg ?

THR

Limite simple jonction

Limite thermodynamique

FIGURE 16SSttrraattééggiieess ddee rréédduuccttiioonn ddeess ccooûûttss ddee ll’’éélleeccttrriicciittéépphhoottoovvoollttaaïïqquuee.. Adapté de J.-F. Guillemoles.

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minescentes organiques, le domaine du photo-voltaïque n’est pas en reste. Les matériaux or-ganiques, moléculaires ou polymériques, àbase de carbone, d’hydrogène et d’azote, sontparticulièrement intéressants en termesd’abondance, de coût, de poids, de mise enœuvre (il suffit de les appliquer comme lespeintures !). Comme les semi-conducteurs, ilspossèdent des niveaux d’énergies susceptiblesd’absorber les photons en créant des pairesélectron-trou utilisables grâce à des transitionsentre les niveaux dits HOMO (Highest occu-pied molecular orbital) et les niveaux ditsLUMO (Lowest unoccupied molecular or-bital). En l’absence de séparation, les pairesélectron-trous peuvent se recombiner en émet-tant des photons de la longueur d’onde corre-spondante (fluorescence, luminescence,existant aussi dans la nature) plutôt qu’encréant de la chaleur. Reste donc à les séparerefficacement ! Si elles peuvent être séparées ettransportées vers le circuit extérieur grâce àdeux phases adjacentes, on obtient alors descellules photovoltaïques d’un nouveau type(fig. 17).

Les cellules solaires hybrides à colorants

Utilisées de longue date dans les lasers à colorants ou les matériaux pour l’optique, l’u-tilisation efficace des molécules de colorantsorganiques dans le domaine du photo-voltaïque, fut découverte en 1991 par MichaelGratzel(2). Dans ce concept révolutionnaire(fig. 18), les molécules sont greffées à la sur-face d’un solide transparent et poreux, commel’oxyde de titane, et forment une mono-couche.

Sous l’effet de la lumière, les électrons ex-cités passent au niveau LUMO dans l’élec-trode transparente de TiO2. Les trous restantau niveau HOMO sont ensuite transférés àl’électrode de SnO2 via un électrolyte con-tenant des ions iodures, qui servent de médi-ateurs redox. Dans ce concept, ce sont lesmolécules de colorants qui jouent le rôle ac-tif. Pour compenser l’absorption faible d’unemonocouche, l’idée a été de multiplier la sur-face interne en utilisant un solide poreux.

Du fait de la surface développée extrême-ment importante, près de 400 cm2 par cen-timètre carré de surface projetée pourquelques microns d’épaisseur, le rayon-nement lumineux traverse plusieurs cen-taines de fois la couche moléculaire et peutdonc être complètement absorbé. Le tour estjoué, une cellule solaire complètement nou-velle est formée, avec un oxyde poreux, uncolorant et un électrolyte. Des rendements deprès de 11 % ont été ainsi obtenus avec unemolécule à base de ruthénium(3). Le greffageà la surface est assuré par les groupementscarboxyliques. Cela marche aussi, maisbeaucoup moins bien, avec du jus de myr-tilles ! Des recherches très dynamiques sontconsacrées à la compréhension de ces cel-lules et leur amélioration en jouant sur lesmolécules de colorants, l’électrolyte… Noustravaillons par exemple sur des cellulesbasées sur du ZnO et de l’éosine, qui sert àdésinfecter les plaies. On peut noter l’analo-gie avec la photosynthèse due à l’absorptionde la lumière par la chlorophylle qui est uncolorant (des porphyrines de magnésium),l’électron de la LUMO servant à fabriquer

I

V

Homo

Lumo

Phase 1

Phase 3

Phase 2 : matériau actifquelques nanomètres !

FIGURE 17AApppprroocchhee nnoouuvveellllee :: pphhoottoovvoollttaaïïqquuee mmoollééccuullaaiirree..

(2)Professeur à l’École polytechnique fédérale de Lausanne.(3) le Ru(4,4’dicarboxy-2,2’-bipyridine)2cis(NCS)2, appeléN3-Dye

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des sucres par réactions électrochimiquesavec le CO2, alors que les trous de l’HOMOoxydent l’eau en oxygène. Le photovoltaïquequitte ici les rives de la physique classiquedes semi-conducteurs et vogue vers le mondede la chimie organique et bio-organique, desmilieux interpénétrés et nanostructurés, lesprocessus biomimétiques. De nombreusesétudes visent à améliorer le rendement et lastabilité de ces dispositifs, appelées cellulesà colorants ou dye cells. Des entreprisescommencent à s’y intéresser, même si lesperformances sont encore loin de celles desmatériaux inorganiques (Si, CdTe, CIS).

Les cellules « tout organique » L’autre voie qui soulève également beau-

coup d’espoirs est celle des cellules dites «tout organique », qui commence à poindre sonnez dans la course aux rendements. Dans cecas, on joue sur les propriétés de création depaires électron-trous dans des molécules or-ganiques ou des polymères et on cherche à sé-parer ces paires en associant un matériauaccepteur et un matériau donneur, grâce à despositions différentes des bandes LUMO etHOMO comme le montre le schéma (fig. 19).

Contrairement au cas précédent l’absorptionse fait en volume du matériau comme pour lessemi-conducteurs classiques. Les premierstravaux utilisaient également des couches su-

perposées (par exemple phtalocyanine decuivre/pérylène, polymère/pérylène), mais lesrendements restaient très faibles du fait descapacités réduites de transport dans lescouches. Les choses ont décollé lorsque l’on a également découvert la possibilité demélanger les deux phases. Au lieu de semélanger complètement comme l’eau et lesirop, les phases accepteur et donneur, se sé-parent spontanément (comme l’huile et l’eau),elles s’auto-organisent, et forment deuxréseaux interpénétrés, à l’échelle de quelquesnanomètres ! On retrouve le même type destructure que pour les cellules à colorants. Dans le cas de polymères, tout sepasse comme si on avait deux catégories despaghettis intimement mélangées, l’une con-duisant les électrons, et l’autre les trous.Grâce à la chimie organique, on peut ainsiimaginer et synthétiser des polymères ayantdes propriétés accepteur ou donneur con-trôlables. Par exemple, le même polymèrepoly(p-phenylenevinylene) noté PPV peutdonner le MEH-PPV (donneur) et le CN-PPV(accepteur) permettant d’atteindre un rende-ment de 1 % en 1995. Cependant les progrèsles plus spectaculaires ont été obtenus récem-ment, en utilisant comme phase acceptrice,des molécules constituées de fullerènes (C60)sur lesquelles des groupements spécifiquesont été greffés pour les rendre plus solubles.

Électron I3-

h!

TiO2 ou ZnO

Colorant

Électrolyte(acétonitrile)

Distance10 microns0

20 nm

Ru2+

NCS-[Ru(dcbpy) 2(SCN)2]

Électron

SnO2SnO2

NCS-

I -

COH

O

HOCO

N

N

COHO

HOCO

NN

FIGURE 18 PPrriinncciippee ddee ffoonnccttiioonnnneemmeenntt dd’’uunnee cceelllluullee àà ccoolloorraannttss..

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Ainsi, la découverte des fullerènes a-t-ellerapidement « fécondé » d’autres domainescomme le photovoltaïque !

Ainsi les cellules notée P3HT : PCBM, oùP3HT représente la phase polymère donneur àbase de polythiophène et PCBM la phase defullerènes modifiés (fig. 19), conduisent-ellesactuellement à des rendements maximum de4 % à 5 %. Il reste beaucoup à faire pour aug-menter ces rendements, augmenter la stabilitédes cellules dans le temps, mais la voie est ou-verte, comme pour les OLED(4), pour faire decette filière une filière photovoltaïque ex-ploitable.

Les recherches sont très ouvertes et ex-ploratoires en Europe et dans le monde. EnFrance un réseau Nanorgasol, regroupe dif-férentes équipes de recherche (CNRS,Universités, CEA) dans ce domaine. L’INESen a fait un de ses axes de recherche priv-ilégiés avec le silicium.

Vers des cellules de rendement supérieur à 50 % : pourquoi pas ?

Il nous faut enfin parler du « graal » desrecherches dans le domaine du photovoltaïque,l’obtention de rendements très élevés. Cesrecherches s’appuient sur l’analyse théorique

Polymère - fullérène

Polymère - polymèreÉlectrode

avant

Électrodearrière

LUMO

HOMO

Donneur

LUMO

HOMOAccepteur

[ [

OO

OOC6H13

S n

Ma

Jsc Voc FF EQE n12,50 0,604 0,594 66 4,5 %

110 °C pendant60 minutes

P3HT0,39 nm

PCBM0,46 nm

500 nm

R. J. Janssen et al. , à paraître

FIGURE 19CCeelllluulleess SSoollaaiirreess ttoouutt oorrggaanniiqquuee àà rréésseeaauuxx iinntteerrppéénnééttrrééss. Avec l’aimable autorisation du Pr A. Janssen, Technical University, Eidhoven.

(4) Organic Light-Emitting Diode: diode électroluminescenteorganique

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de la conversion photon-électron adaptée auspectre solaire. Celle-ci montre que le rende-ment maximum théorique est d’environ85 %... ce qui donne le vertige par rapport auxvaleurs actuelles d’environ 30 % pour les cel-lules classiques ! Comment faire pour avancerdans cette voie ? C’est la question qui réunitaujourd’hui aussi bien des théoriciens, que desphysiciens et chimistes expérimentateurs, afinde proposer des voies et des matériaux suscep-tibles de permettre d’avancer.

La réponse est d’une certaine mesure assezsimple, il faut convertir le maximum de pho-tons à une énergie proche de leur énergie pro-pre. Dans les systèmes à deux niveauxclassiques que nous avons présentés jusqu’àmaintenant, les pertes sont considérables, lesphotons d’énergie trop faible, inférieure à lalargeur de bande interdite, ne sont pas ab-sorbés, ils sont perdus. Les photons d’énergie supérieure au gap ne transfèrentqu’au mieux la valeur de l’énergie du gap, lereste est perdu. Par exemple, un photon vert à2 eV ne va donner au mieux qu’un eV avecune cellule au silicium… Une premièreréponse pour limiter les pertes est connue delongue date, il suffit d’utiliser des systèmes àplusieurs niveaux, en empilant des jonctionspossédant des gap décroissants. Dans ce cas lerendement peut aller au-delà de la limite de30 %. C’est ce qui est fait actuellement avecles cellules à triple jonctions à base d’arséniurede gallium, qui atteignent déjà près de 40 % derendement sous concentration (! 286). La con-centration de la lumière augmente encore lerendement. Les cellules en couches minces ausilicium amorphe ou microcristallin, utilisentaussi des jonctions doubles, voire triples. Desrecherches sont en cours pour le CIS et leCdTe.

À coté de cette voie dite à multijonctions,difficile à mettre en œuvre technologiquement,d’autres voies visent plutôt à rester à une seulejonction. Dans ce cas on cherche à trouver desprocessus permettant de collecter l’énergieperdue par des mécanismes spécifiques, op-tiques ou électriques. Dans les mécanismesoptiques, il y a par exemple le fait de convertir

les photons, vers les hautes énergies pourcelles qui sont inférieures au gap. Deux pho-tons infrarouges donnent alors un photon visi-ble par exemple (principe appelé upconversion), ou de collecter l’énergie perduepour les photons absorbés d’énergiesupérieure au gap. Un photon bleu donnantdeux photons jaunes par exemple (principe ap-pelé down conversion)… D’autres possibi-lités existent en créant par exemple desniveaux intermédiaires dans la bande interdite,ou en collectant directement l’énergie des pho-tons sans perte (dispositifs à porteurs chauds).Pour cela des matériaux ou des structuresnouvelles sont à inventer, puis à élaborer, quipermettront de « booster » le rendement descellules, même actuelles. On comprend doncaisément le grand engouement suscité auprèsdes chercheurs. Des projets sont maintenantsoutenus en France, comme le projet PV THRde l’IRDEP soutenu par l’ANR.

ConclusionsLe monde de la conversion photovoltaïque,

aussi bien au niveau de la recherche qu’auniveau de l’industrie connaît depuis quelquesannées une mutation profonde associée à l’in-térêt croissant pour l’énergie photovoltaïque.Une industrie majeure est en cours de consti-tution comme le montre l’analyse de la situa-tion et des évolutions. De façon intéressante etexemplaire, les possibilités d’innovation sonttrès grandes, portées par le bouillonnementdes recherches en vue d’améliorer les filièresexistantes, d’en consolider de nouvelles et depréparer les prochaines ruptures, notammenten matière de matériaux et de rendements.Celles-ci associent des chercheurs de toushorizons sur des bases pluridisciplinaires,contrairement à la situation précédente, dansun contexte de dynamisme industriel, ce quiconstitue un creuset pour de nouvellesavancées.

Un élément clé est la capacité de la conver-sion photovoltaïque de contribuer de façon im-portante à l’approvisionnement énergétiquedans le futur, et le plus tôt sera le mieux. C’est

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la raison pour laquelle nous avons insisté surles données quantitatives et l’importance despolitiques de soutien de la part de la puissancepublique. La France, qui est restée longtempssourde au développement de l’énergie photo-voltaïque, semble maintenant décidée à s’ymettre. Nous sommes sans doute à l’aube d’undécollement au sein même du marché français,lorsque de plus en plus de particuliers com-menceront à s’équiper concrètement.

Le photovoltaïque sera intégré de plus enplus à la source au niveau de l’architecture,dans la conception de l’habitat individuel oudes installations industrielles. Il se dévelop-pera sur la base d’installations spécifiques depuissance pouvant aller jusqu’à plusieursMWc. À plus long terme, on peut citer lesétudes prospectives visant à équiper des sitesisolés à fort ensoleillement comme dans l’étude japonaise VLS-PV (Very Large ScalePV) qui considèrent des installations de

grande puissance dans certains déserts, no-tamment le désert de Gobi (fig. 20)

On pourrait aussi envisager les possibilitésde développer le photovoltaïque offshore,comme l’éolien, où une combinaison avecl’électrolyse pourrait permettre de produiredirectement un vecteur énergétique secondaire, comme l’hydrogène. Certaineszones océaniques possèdent en effet desniveaux d’ensoleillement comparables auxzones terrestres les mieux dotées.Curieusement les données d’ensoleillementconcernant les zones maritimes et océaniquesne sont pas souvent représentées sur les cartescomme l’illustre la figure 1. On peut imaginerdes navires partant collecter et transformer del’énergie en mer… revenant à la terre ferme,chargés de la précieuse denrée.La réflexionpourrait aussi s’étendre, à plus long terme, àdes revêtements photovoltaïques au sol pourdes portions de routes, des places. Les pistes

FIGURE 20UUnnee pprroossppeeccttiivvee jjaappoonnaaiissee :: ll’’éénneerrggiiee pphhoottoovvoollttaaïïqquuee àà ttrrèèss ggrraannddee éécchheellllee (Very Large Scale Photovoltaics).Source : Energy from the desert, Feasability of a very large scale photovoltaic generation systems (VLS-PV)Ed. K. Kurokawa, James & James, 2003.

65D É C O U V E R T E N ° 3 4 4 - 3 4 5 J A N V I E R - F É V R I E R 2 0 0 7

Daniel Lincot, ingénieur de l’Écolesupérieure de physique et chimieindustrielles (ESPCI) est directeur derecherche au CNRS ; il dirige depuis 2001le laboratoire d’électrochimie et de chimieanalytique de l’École nationale supérieurede chimie de Paris (ENSCP) associé auCNRS et à l’université Pierre-et-Marie-Curie (UPMC). Le laboratoire a été pionnier dans les recherches sur laconversion photovoltaïque depuis lesannées 1975. Daniel Lincot développedepuis 1978 des travaux sur les cellulessolaires en couches minces, en particulierà base de CuInSe2 (CIS). Il s’intéresse enparticulier à leur élaboration par desméthodes non conventionnelles, à partirde solutions, susceptibles de permettredes coûts de production très bas. Il a jouéun rôle central dans la création d’uneplate-forme de R&D avec EDF sur le sitede Chatou en 2003, autour de cettedémarche, dans le cadre d’un laboratoirecommun EDF-CNRS-ENSCP, qui s’esttransformé en 2005 en Institut derecherche et développement de l’énergiephotovoltaïque (IRDEP associant EDF-CNRS-ENSCP), dont il assure la directionadjointe. Il a obtenu en 2004 la médailled’argent du CNRS.

ne manquent donc pas, qui ne doivent cepen-dant pas nous détourner des efforts à courtterme !

D. L.

Je tiens à remercier tous les collègues et amis qui ontpermis d’enrichir ce dossier, en particulier J.F. Guillemoles (IRDEP), H. W. Schock (HMI), V. Boulanger (Systèmes solaires), A. Ricaud (Cythelia),M. Bucher (Stuttgart), K. Ramanathan (NREL), R. Janssen (T. U. Eindhoven), C. Jaussaud (CEA-Restaure), A. Nozik (NREL), J. Amouroux (ENSCP), J. E. Bourée (Polytechnique), G. Goaer (Photowatt), B. Dimmler & R. Waechter (Würth Solar), T. Niesen(Avancis), S. Dietrich (Q-cells), A. Claverie (Ademe), Y. Maigne (Fondation énergies pour le monde), A. Jäger-Waldau (JRC-Ispra).

!

• SCHEER (Hermann), Le solaire etl’économie mondiale, Éditions Acte Sud,2001.• Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) :www.ademe.fr• Agence internationale de l’énergie :www.iea.org• Institut de recherche et dedéveloppement de l’énergiephotovoltaïque (IRDEP) : www.enscp.fr.• Institut national de l’énergie solaire(INES) : http://www.institut-solaire.com • Institut national d’électronique dusolide et des systèmes (INESS) :http://www-iness.c-strasbourg.fr. • National Energy Laboratory :www.nrel.gov/pv• PV Status report 2005 :http://ies.jrc.cec.eu.int/369.html• Companies : www.photowatt.com,www.wuerth-solar.de, www.q-cells.com

Revues• Systèmes solaires, l’observateur des énergies renouvelables :www.energies-renouvelables.org• La lettre du solaire, éditée par Cythelia : www.cythelia.fr• Lettre d’information sur le solaire :Techsol : lettre@tecsol.fr

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