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