Reprise d’une actualité de l’Institut des Sciences et de l’Ingénierie des Systèmes (INSIS) du CNRS du 25 novembre 2019
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 (unité mixte internationale* entre la France et le Canada), du Centre de nanosciences et de nanotechnologies** - C2N (CNRS/Université Paris-Saclay) 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.
- Lire à propos l’actualité publiée sur le site de l’Université de Sherbrooke
* Entre CNRS, Université de Sherbrooke, Université de Lyon – Ecole Centrale de Lyon, INSA et CPE/Université Grenoble Alpes
** La plupart des études de caractérisation structurale par microscopie électronique en transmission (MET) ont été réalisées sur le microscope Titan Themis du C2N (Plateforme d'ANalyse des Matériaux – Département Matériaux). Voir Figure.
Références :
Uprooting defects to enable high-performance III–V optoelectronic devices on silicon
Youcef A. Bioud, Abderraouf Boucherif, Maksym Myronov, Ali Soltani, Gilles Patriarche, Nadi Braidy, Mourad Jellite, Dominique Drouin & Richard Arès
Nature Communications - volume 10, article number: 4322 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12353-9
Contacts :
Richard Ares, LN2
Gilles Patriarche, Directeur de recherche CNRS au C2N
Figure : (à gauche) Cartographie chimique élémentaire par STEM-EDX d’une couche de germanium nano-poreux. (à droite) Dislocations résiduelles présentes dans la couche épitaxiale de germanium ancrées par les nanopores – Image STEM en champ sombre (HAADF). © C2N / G. Patriarche
