Les photons solaires les plus énergétiques ne sont pas utilisables dans une cellule en silicium et pire, dégradent son rendement en l'échauffant. Une collaboration impliquant l'Iramis (Cimap) propose de les convertir en photons efficaces grâce au dépôt d'une couche mince (Une couche mince est une fine pellicule d'un matériau déposée sur un autre matériau, appelé « substrat ». Le but de la couche mince est de donner des...) de nitrure dopé, compatible avec une production industrielle. Résultat: 1,34 % de rendement en plus !

Les cellules au silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) commercialisées aujourd'hui présentent un rendement de conversion de l'ordre de 20 %. Cette valeur s'élève à 26 % pour des prototypes en laboratoire, sans atteindre le plafond (Par extension, un plafond représente le maximum de quelque chose :) théorique de 31 %. Or il est possible d'améliorer ces rendements en convertissant des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) trop élevée (down-conversion) ou trop basse (up-conversion) en photons utiles..

Des chercheurs du Cimap montrent que des couches minces de nitrure de silicium (SiNx) dopées aux ions terbium et ytterbium permettent d'opérer cette conversion: elles absorbent les photons trop énergétiques puis réémettent des photons d'énergie plus basse que la cellule photovoltaïque (Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), génère une tension électrique (volt) (cet effet...) peut cette fois absorber.

Cette approche a été validée sur des cellules produites industriellement par une entreprise taïwanaise. Deux procédés de dépôt ont été testés. Une technique de pulvérisation (Le terme de pulvérisation a été introduit en 1975 par J. M. Steele dans sa thèse de doctorat, à l'université Stanford.) cathodique, compatible avec le procédé de fabrication des cellules, conduit à des multicouches SiNx:Yb3+/ SiNx:Tb3+, avec un gain de 1 % supplémentaire de rendement. Le second procédé, utilisant une technique peu onéreuse de sérigraphie, permet d'obtenir une couche homogène dopée aux deux ions SiNx:Yb3+-Tb3+, avec 1,34 % de rendement en plus .

Références:
- First down converter multilayers integration in an industrial Si solar cell process, Progress (Le Progress est un véhicule spatial développé en 1978 dans le cadre du programme spatial soviétique et qui est depuis, utilisé pour ravitailler les stations spatiales situées en orbite basse....) in Photovoltaics Research and Applications
- Monolithic crystalline silicon solar cells with SiNx layers doped with Tb3+ and Yb3+ rare-earth ions, Journal of Rare Earths

Contact chrcheur:
- Julien Cardin, CIMAP - UMR 6252/, équipe NIMPH.