PV Science

De la couleur pour les façades en panneaux solaires
PV couche mince - Matériaux
Dimanche, 07 Juillet 2013 22:19

Qui souhaite, pour des raisons énergétiques, couvrir son toit ou une façade de panneaux solaires standardisés, doit en changer sensiblement l'aspect original - et cette modification n'est pas toujours à l'avantage du bâtiment. En effet, jusqu'à présent on trouve sur le marché essentiellement des modules photovoltaïques sombres.

Ceci peut être changé. Kevin Füchsel, chef de projet à l'Institut Fraunhofer pour l'optique appliquée et la mécanique de précision (IOF) d'Iéna (Thuringe), travaille depuis quatre ans sur des cellules solaires nanostructurées adaptées à la production industrielle, au sein d'un groupe de recherche financé par le Ministère fédéral de l'enseignement et la recherche (BMBF). En collaboration avec des scientifiques de l'Université Friedrich Schiller d'Iéna, le scientifique étudie des techniques de fabrication rentables qui augmenteraient aussi bien le rendement des panneaux solaires que les possibilités de conception pour les architectes.

Actuellement, l'équipe travaille sur la fabrication de cellules solaires colorées à partir de plaquettes de silicium, minces comme du papier, particulièrement adaptées pour la conception des façades et des toits. Les quelques micromètres de silicium, matériau semi-conducteur, absorbent la lumière et la convertissent en électricité. Afin d'optimiser la quantité de lumière atteignant le substrat de silicium, la couche semi-conductrice est remplacée par une barrière protectrice optiquement neutre (isolant), sur laquelle est appliquée une couche d'une centaine de nanomètres d'oxyde. Ce "Transparent Conductive Oxide" (TCO) est conducteur et permet principalement de capter un nombre important de photons, transmis par la suite dans la couche de semi-conducteur sous-jacente, ce qui améliore le rendement de "lumière captée" par rapport à la technologie usuelle. "Le TCO a un indice de réfraction inférieur à celui du silicium, de sorte qu'il agit comme un revêtement antireflets", explique M. Füchsel.

La structure simple de cette cellule solaire dite SIS (Semi-conducteur - isolant - semi-conducteur), dotée d'une couche avant transparente, a un autre avantage : non seulement on peut l'utiliser pour absorber plus de lumière, mais en outre les modules peuvent être conçus de différentes couleurs et formes. "La couleur est obtenue par une variation de l'épaisseur physique de l'oxyde conducteur transparent, ou par un changement de l'indice de réfraction", explique le physicien. Les chercheurs ont ainsi réussi à combiner le photovoltaïque à base de silicium en plaquettes à des procédés de la technologie photovoltaïque en couches minces. Pour le choix du matériau de revêtement, les chercheurs ont également utilisé des moyens novateurs : alors qu'aujourd'hui, l'oxyde d'indium-étain (ITO), cher, est principalement utilisé, l'IOF a travaillé avec de l'oxyde de zinc, moins onéreux, mélangé à de l'aluminium. Outre la cellule solaire SIS, les modules solaires à colorant et les cellules solaires organiques flexibles offrent également de nouvelles possibilités pour la conception des façades.

Mais comment la couleur influence-t-elle l'efficacité des nouveaux modules SIS ? "Nous n'avons pas eu à faire d'importants compromis sur le rendement des cellules solaires colorées. La couche TCO transparente supplémentaire a peu d'effet sur le rendement en électricité", explique M. Füchsel. Les simulations ont montré que les cellules SIS peuvent atteindre des rendements allant jusqu'à 20%. Dans la pratique, le rendement électrique dépendra de la conception souhaitée des éléments photovoltaïques et de l'orientation du bâtiment. La même quantité d'électricité ne peut en outre pas être produite avec toutes les nuances de couleurs. Il existe par exemple des limites pour certains mélanges de couleurs rouge, bleue et verte.

Enfin, pour pouvoir relier plusieurs cellules solaires sur un module de grande taille, les scientifiques souhaitent utiliser la soudure laser. Celle-ci permet un travail au micromètre sans endommager le matériau environnant. En outre, les chercheurs travaillent à mettre en contact la couche TCO conductrice avec la galette de silicium par procédé d'impression à jet d'encre. Cela permet non seulement d'accélérer la production de cellules solaires, mais également une plus grande liberté dans la conception. Même de grands panneaux produisant leur propre électricité seraient envisageables avec des cellules solaires SIS. Tant la conception multi-couleur des cellules que l'intégration d'éléments créatifs dans les cellules et modules solaires ont déjà été brevetées. " De nombreuses possibilités d'utiliser un bâtiment comme support pour le nom de l'entreprise, ou pour des images artistiques, s'ouvrent ainsi à nous", souligne M. Füchsel.

 

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