Juin 2004 - n°89
Le CNRS/ENSCP et EDF mènent un projet en commun pour l’énergie solaire…
Un nouveau procédé vient d’être mis au
point par les chercheurs d’EDF et du CNRS/ENSCP, réunis au sein
du Laboratoire “ Cellules solaires en couches minces ”, sur le
site de Chatou (78). Ce procédé offre des perspectives réelles
pour un déploiement important de l’électricité
photovoltaïque.
Quelques précisions s’imposent…
Un mot de plus sur l’électricité
photovoltaïque…
Les cellules solaires photovoltaïques sont à base de matériaux
semi-conducteurs capables de convertir directement la lumière en électricité.
Cette conversion de la lumière en électricité, appelée
effet photovoltaïque, s’effectue, sans pièce mobile, sans
fluide sous pression, sans pollution ni production de déchets.
Plusieurs cellules photovoltaïques sont connectées entre elles
afin de fournir au récepteur extérieur une tension et une puissance
adéquates. Ces ensembles de cellules sont ensuite encapsulés
dans des modules étanches qui les préservent de l’humidité
et des chocs. Le courant de sortie et donc la puissance sont généralement
proportionnels à la surface du module. Un ondulateur transforme le
courant continu produit par les panneaux photovoltaïques, en courant
alternatif compatible avec le réseau de distribution électrique.
Le photovoltaïque raccordé au réseau et intégré
au bâti permet ainsi la production de l’électricité
sur son lieu de consommation. L’électricité produite peut
alors être vendue en totalité ou partie à EDF (ou à
une régie locale)…
L’innovation générée
par le CNRS/ENSCP et EDF
L’innovation introduite par le Laboratoire “ Cellules Solaires
en Couches Minces ” réside dans le procédé de fabrication
du matériau qui constitue les pellicules de semi-conducteurs utilisées
pour réaliser les cellules photovoltaïques. Ce matériau,
un alliage de cuivre d’indium et de sélénium, est communément
appelé CIS. Jusqu’alors réalisé sous vide selon
des méthodes onéreuses, il peut désormais être
obtenu à pression atmosphérique grâce au procédé
électrolytique mis au point par EDF et le CNRS/ENSCP.
La technologie présente un triple avantage :
- elle confère de bonnes performances aux cellules photovoltaïques
: rendement de conversion supérieur à 10%, grande stabilité
chimique,
- elle est bien adaptée pour traiter de grandes surfaces telles que
des façades en verre ou des verrières de toits,
- elle diminuerait nettement les coûts de fabrication des modules photovoltaïques…
Cette innovation pourrait ainsi favoriser un développement significatif
du photovoltaïque dans le bouquet énergétique de demain,
dont la part est aujourd’hui très réduite du fait d’un
coût de production des modules encore très élevé.
Un partenariat Industrie / Université
fort
Cette nouvelle technologie résulte donc des activités de recherche
menées en commun par EDF et le CNRS/ENSCP dans le cadre du projet CISEL
(CISEL, pour Cuivre Indium Sélénium ELectrodéposé).
Les origines de cette collaboration remontentà 1998, année où
EDF R&D, le CNRS et l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie
de Paris (ENSCP) ont lancé un programme de R&D destiné à
fabriquer des couches minces photovoltaïques de types Cu(In, Ga)Se2,
par procédé électrolytique.
Deux ans plus tard, le programme passe du stade “ cellules ” au
stade “ modules ” pour prendre en compte la finalité industrielle
du projet. Le projet CISEL a reçu le soutien financier de l’ADEME
(Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie)
et bénéficie d’une coopération avec SAINT-GOBAIN
RECHERCHE.
En octobre 2002, EDF R&D et CNRS/ENSCP décident d’apporter
en 18 mois la démonstration que la filière photovoltaïque
CISEL est techniquement et économiquement viable.
En janvier 2003, le projet CISEL se fixe trois objectifs principaux :
- Optimiser la performance photovoltaïque du CIS électrodéposé
: cible 14% de rendement,
- Démontrer la faisabilité d’un produit industriel en
réalisant un module photovoltaïque de 0,1 m2 avec un rendement
de 10 %,
- Définir la stratégie de valorisation industrielle et sa mise
en place à horizon juillet 2004.
A cette même date, les équipes EDF R&D
– CNRS/ENSCP constituent le Laboratoire commun “ Cellules Solaires
en Couches Minces ” sur le site EDF de Chatou… En parallèle,
une dizaine d’experts EDF R&D et CNRS collabore au projet, notamment
dans le domaine de la caractérisation structurale et chimique des cellules
CISEL.
Le Laboratoire “ Cellules solaires en
couches minces ”
Le Laboratoire “ Cellules Solaires en Couches Minces ”, co-dirigé
par Olivier KERREC (EDF) et Daniel LINCOT (CNRSENSCP), est consacré
au développement de nouvelles technologies pour la conversion photovoltaïque
de l’énergie solaire.
Sur le site EDF de Chatou dans les Yvelines, l’équipe commune
EDF R&D et CNRS / ENSCP occupe une plate-forme de 650 m2, dont
450 msup>2 de laboratoire et 200 m2 de bureaux open-space. Elle réunit
28 personnes autour du projet CISEL et, en particulier, autour du développement
d’un substrat verrier optimisé. 16 EDF, 10 CNRS/ENSCP et 2 chercheurs
de Saint- Gobain Recherche collaborent ainsi au sein du Laboratoire.
L’activité expérimentale actuelle de l’Unité
associe la chimie des solutions, l’électrochimie, le traitement
thermique, le dépôt de couches minces par procédés
sous vide (sputtering), la caractérisation des cellules solaires, l’analyse
de surface, l’analyse chimique et structurale, la gravure, la connectique
et l’encapsulation…
Les objectifs premiers du Laboratoire “ Cellules Solaires en Couches
Minces ” visent à mettre en œuvre une synergie de compétences
et de moyens en regroupant sur un même lieu chercheurs et technologies
liées à la R&D cellules solaires en couches minces. Le procédé
CISEL ainsi que la veille amont et l’innovation sur les cellules de
la génération suivante sont au cœur de ses activités...
Le procédé mis au point et les perspectives ouvertes par une
filière photovoltaïque CISEL techniquement et économiquement
viable, ont été présentés lors de l’inauguration
du Laboratoire commun, le 18 décembre dernier, sur le site EDF de Chatou.
Etaient présents à cette occasion : Mme Danielle OLIVIER, Directrice
de l’Ecole nationale supérieure de chimie de Paris, M. Jean-Claude
BERNIER, Directeur scientifique du Département des sciences chimiques
du CNRS, M. Yves BAMBERGER, Directeur de la Recherche et du Développement
d’EDF, et Mme Elisabeth GIACOBINO, déléguée à
la Recherche et aux Nouvelles Technologies…
SD