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Record d'efficacité pour des cellules photovoltaïques

CLAIRE LECOEUVRE
Record d'efficacité pour des cellules photovoltaïques

Un rendement qui croit rapidement pour ces cellules ne comportant pas d'éléments toxiques.

© UNSW

Les cellules photovoltaïques CZTS (cuivre-zinc étain soufre) sont les seules à ne pas posséder d’éléments toxiques ou rares. Elles voient leur efficacité sans cesse améliorée. Une équipe australienne vient d'établir un nouveau record, qui permet d'espérer une prochaine mise sur le marché.

Rares, toxiques ou chers, tels sont les éléments de l’ensemble des panneaux photovoltaïques actuels. Pour les remplacer, les cellules au cuivre, zinc, étain et soufre (CZTS) apparaissent comme la meilleure solution. Seul problème, jusqu’à présent leur rendement reste moins important que les cellules plus habituelles, au silicium. L’équipe du Dr Xiaojing Hao de l’Australian Centre for Advanced Photovoltaics (ACAP) vient d’atteindre, en avril 2016, un rendement record de 7,6 % pour des cellules d’un cm². Cette réussite, validée par le National Renewable Energy Laboratory des Etats-Unis, fait l'objet d'un article encore sous presse. Ces résultats ne cessent de s’améliorer. L’équipe indiquait des rendements de 5,5 % en 2013 puis de 6,6 % en 2015. Elle pense d’ailleurs pouvoir atteindre les 20 % de rendement en quelques années, ce qui permettrait la mise sur le marché mondial de cette technologie. Les industriels se sont déjà emparés de ce type de cellules fines et ont investi dans des infrastructures d’expérimentation. Toyota a ainsi pu atteindre 9,1 % d’efficacité pour des cellules de 0,25 cm². Mais la taille des cellules joue énormément. Plus elles sont grandes, plus il est difficile d’obtenir des structures uniformes et donc de bons résultats. Les avancées de l’ACAP sont donc les plus encourageantes.

Les CZTS semblent avoir tout pour elles. Elles font partie des cellules photovoltaïques dites fines. Elles mesurent 1 à 5µm d’épaisseur face aux 200 à 350 µm de celles qui utilisent du silicium. Aujourd’hui 87 % des panneaux installés sont fabriquées avec des cellules contenant du silicium. Ils atteignent un rendement moyen de 21 %. L’un des avantages des cellules fines est de pouvoir être utilisées sur tous types de supports contrairement aux précédentes. Des surfaces incurvés, transparentes, ou en superposition d’autres matériaux. Les cellules CIGS et CdTE font parti de cette catégorie et sont déjà bien utilisées par les industriels. Elles restent cependant assez chères. Les CIGS sont constituées d’indium, un métal qui a vu son prix s’envoler suite à sa large utilisation dans les écrans plats LCD et par suite sa raréfaction. Deuxième point faible, le sélénium, un élément toxique. Les CdTE renferment, elles, du tellulure de cadmium, un élément toxique. Enfin, une dernière technologie testée par IBM et Solar Frontier a atteint des rendements de 12,6 % pour des cellules de 0,42 cm². Il s’agit des cellules CZTSSe, qui possèdent du sélénium en plus. Malheureusement ce dernier est aussi toxique.

Les CZTS résolvent toutes les questions de pénurie et de toxicité. Elles reviennent d’ailleurs cinq fois moins cher que les CIGS. Avec un retour de 30 ans d’expérience sur les autres cellules fines, le Dr Xiaojing Hao est très confiante sur leur progression à venir.

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