ENERGIE RENOUVELABLE

Les cellules souples éclairent l'avenir de l'énergie solaire

La recherche sur l'énergie solaire en Suisse se distingue à la fois par sa qualité et par son originalité. Une équipe zurichoise vient de développer des cellules souples et légères, et des chercheurs de Neuchâtel ont reçu un prix international l'été dernier

Des voitures, des autoroutes et, pourquoi pas, des bateaux et des avions recouverts de panneaux solaires. C'est vers une telle image futuriste que se dirige à grands pas la recherche dans l'énergie solaire. Et, dans cette course, la Suisse se profile dans le peloton de tête. Il y a quelque semaines, une équipe de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) a présenté des cellules ultraminces et souples qu'elle a réalisées dans ses laboratoires. Leur flexibilité les rend propices à l'habillage de n'importe quelle surface courbe ou irrégulière, contrairement aux cellules solaires actuelles, disponibles sous forme de grands panneaux rigides. Mieux, les chercheurs ont obtenu un rendement de conversion de la lumière en électricité proche de 13%. Dans le domaine des cellules souples, c'est un record mondial.

Plus précisément, les chercheurs ont mis au point une technique de déposition en couches minces d'un composé de cuivre, indium, gallium et sélénium (CIGS) sur une feuille de matière synthétique. Les CIGS sont très étudiés à travers le monde pour leurs excellentes aptitudes à transformer les photons en électrons. Plusieurs usines dans le monde ont déjà entamé des productions pilotes en attendant de se lancer à plus grande échelle. Ces cellules en couches minces représentent une alternative prometteuse au silicium cristallin qui occupe actuellement plus de 80% du marché.

«La souplesse représente surtout une valeur ajoutée, reconnaît Ayodhya Tiwari, un des chercheurs de l'équipe de l'Institut d'électronique quantique de l'EFPZ. Elle permet d'ouvrir de nouveaux horizons à une technologie en plein devenir. Je pense notamment aux petites photopiles que l'on peut intégrer aux cartes de crédit.» Le vrai avantage des CIGS – et des CIS, dépourvus de gallium – est leur légèreté. Pas plus épaisses que 3 millièmes de millimètre, ces cellules demandent, par watt, six fois moins de matière que les cellules en silicium cristallin, «et nous essayons de diviser par dix cette valeur», ajoute Ayodhya Tiwari. Même si le rendement des CIGS est encore plus faible que celui du cristallin (entre 9 et 12% pour les premiers contre 12 à 16% pour le second), leur coût de fabrication est entre 10 et 100 fois inférieur.

Cette légèreté est un atout surtout pour les applications spatiales, là où chaque gramme envoyé en orbite coûte un prix exorbitant. La souplesse permettrait également de réduire l'encombrement. Les cellules pourraient ainsi être «enroulées» sur des voiles que l'on déploierait une fois le satellite largué.

La réduction des coûts est l'enjeu principal, sinon unique, de la recherche dans l'énergie solaire. Le kilowattheure solaire est encore, en général, deux fois trop cher par rapport aux autres sources d'électricité pour être réellement compétitif. Le silicium cristallin n'offrant qu'un faible espoir de compression des coûts, d'autres voies, même les plus exotiques, sont explorées. Les chercheurs se livrent dès lors à une véritable course. C'est à qui développera le premier un procédé moins coûteux, plus efficace, plus facile à mettre en œuvre et adapté à un plus grand nombre d'applications.

Les principaux concurrents des CIGS sont les cellules en silicium amorphe, c'est-à-dire que les atomes ne se disposent pas régulièrement, comme dans un cristal. Développées sous forme de couches minces dès les années 70, elles représentent pour l'instant les 20% du marché mondial restant. On les trouve notamment dans les calculettes, les montres solaires et autres objets de ce genre. Leur défaut principal est un rendement relativement faible (entre 4 et 8%). Cette efficacité diminue de surcroît avec le temps.

Dans ce domaine, l'équipe d'Arvind Shah, professeur à l'Institut de microtechnique à Neuchâtel, a réalisé depuis 1994 des progrès impressionnants. Ces chercheurs ont développé un nouveau concept: les cellules micromorphes qui allient des petits cristaux (microcristaux) de silicium avec le silicium amorphe. Ils ont démontré l'efficacité de leur produit – le rendement atteignant les 12% en laboratoire – et sa stabilité dans le temps. Les coûts de fabrication devraient également pouvoir en bénéficier, si les industriels voulaient bien s'emparer de cette nouvelle technologie.

Bien qu'aucune commercialisation ne soit encore en vue, l'équipe de Neuchâtel et particulièrement les travaux de Johannes Meier ont été récompensés par un prix international. Il a été décerné en septembre dernier à Saporo au Japon, à l'occasion de la 11e édition de la Photovoltaic Science and Engeneering Conference.

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