Cellules bifaciales à haut rendement de cnoversion sur substrat de silicium de type n – BIFASOL

Le projet est proposé dans le cadre de l’Appel à Projets de l’Agence Nationale de la Recherche « Production Renouvelable et Gestion de l’Electricité » (PROGELEC). Il consiste à développer un procédé de fabrication de cellules solaires photovoltaïques (PV) bifaciales à haut rendement à partir de substrats de silicium type n monocristallin.

Le partenariat implique:

- le laboratoire LCP (CEA-INES) spécialisé en R&D cellules PV en silicium cristallin,
- le laboratoire CNRS IEMN, spécialisé dans l’élaboration de couches minces,
- le laboratoire CNRS IneSS, spécialisé dans les traitements laser de couches minces,
- l’industriel OM group spécialisé dans les procédés chimiques, notamment d’électro-dépôt,
- l’institut Lavoisier Versailles (CNRS) spécialisé dans la caractérisation des couches métalliques et en électrochimie fondamentale des semi-conducteurs et des métaux .

Les cellules photovoltaïques fabriquées sur silicium de type n Cz (élaboration Czochralski) ne présentent pas de phénomène de dégradation sous éclairement (à l’origine d’une baisse des performances des cellules de type p). Ce matériau présente également des durées de vie de porteurs minoritaires supérieures liées à une moindre sensibilité vis-à-vis des impuretés métalliques. A travers ce matériau, le développement puis transfert du procédé sur une ligne industrielle permettra la fabrication de cellules photovoltaïques dont le rendement sera à la fois plus élevé (>20%) mais aussi plus stable que celui offert par la filière industrielle actuelle. Le caractère innovant du procédé sera lié aux briques technologiques spécifiques de dopage, passivation, et métallisation.

Le projet vise à lever les verrous qui limitent le rendement de cette technologie ainsi que son industrialisation (freinée notamment par un coût élevé des métallisations traditionnelles par sérigraphie). Le LCP dispose d’ores et déjà d’un procédé type n offrant des rendements dépassant les 19% sur substrat Cz de surface 148.6cm². Dans le cadre de ce projet, une première phase de développement a pour objectif d’atteindre des rendements de 20% grâce aux améliorations des briques de dopage et passivation.

La métallisation par sérigraphie a un impact néfaste sur le courant de court-circuit (perte par ombrage) et sur la tension de circuit ouvert (pertes par recombinaisons sous les contacts) de la cellule. Le remplacement des métallisations traditionnelles par des métallisations avancées doit permettre de réduire le coût du procédé tout en améliorant les performances de la cellule. Dans le cadre de ce projet une métallisation impliquant une couche d’accroche de nickel, combinée à une recharge électrolytique de cuivre est envisagée. Cette seconde phase de développement a pour objectif d’améliorer les performances des cellules à un niveau de rendement de 22% sur grande surface tout en réduisant le coût du procédé (économie de matière première).

Le caractère bifacial de cette architecture de cellule constitue un second levier pour le développement d’une technologie de cellules économique. En effet, en fonction de l’installation des modules élaborés avec ce type de cellules, il est possible d’atteindre des gains en puissance de 30% par rapport à des modules classiques. Qui plus est, l'architecture envisagée est particulièrement adaptée à l'utilisation de substrats minces (jusqu'à 100µm) de part la forte réduction des contraintes mécaniques au niveau des métallisations.