OPERA — NOuveaux matériaux absorbeurs Pour cEllules solaiRres à base d’éléments Abondants et à faible empreinte environnementale

Le développement de l'énergie verte s’est intensifié ces dernières années et est actuellement d'une importance cruciale pour nos sociétés. En raison de l'effet de serre dont l'impact semble de plus en plus présent dans notre vie de tous les jours, les politiques pour le développement des énergies décarbonnées sont devenues centrales pour de nombreux états du monde entier. Néanmoins, la demande d'énergie à l’échelle du térawatt reste forte et augmentera dans un avenir proche. La production d'énergie basée sur un mix énergétique motive alors le développement et la production de cellules solaires avec des rendements de conversion photovoltaïque (PV) de plus en plus élevés. Différentes approches pour le développement de cellules solaires PV performantes ont été étudiées comme les cellules tandem III-V ou les cellules à base de séléniures de cuivre et d’indium. Cette dernière voie est l'une des alternatives les plus compétitives par rapport à la technologie industrielle actuellement dominante du silicium cristallin. Ces cellules solaires nécessitent néanmoins l’utilisation d’indium et de gallium. Une versatilité importante du prix de l'indium au cours des dernières années a conduit à une inquiétude considérable compte tenu de leurs rôles dans un large éventail de dispositifs électroniques à grande échelle, y compris les cellules solaires. En outre, dans le cas de cellules tandem III-V, l'utilisation de l'épitaxie pour la croissance des matériaux demeure coûteuse et limitante pour la fabrication de cellules à grande échelle. Il est donc important d'étudier et de développer de nouveaux matériaux sans indium/gallium aux propriétés optimisées pour la réalisation à bas coût et à l’aide de techniques simples de cellules solaires tandem silicium de grandes surfaces. Le projet OPERA vise à développer un nouveau type d’absorbeur nitrure non toxique, sans indium ni gallium, utilisant des matières premières abondantes sur terre et à faible coût de production, et à réaliser des cellules tests utilisant ces nitrures via une technique de dépôt (pulvérisation) compatible avec des réalisations larges échelles. Il s’agit d’un objectif ambitieux qui permettra un pas en avant important dans le domaine de l'énergie solaire silicium. Chaque étape intermédiaire du projet permettra d’apporter de nouvelles connaissances, en particulier sur la réalisation d’une cellule solaire nitrure et sur les propriétés fondamentales des matériaux étudiés et de leurs interfaces. La famille des alliages Zn-IV-N2 est prometteuse car elle permettrait de couvrir largement le spectre solaire. Les données concernant l’alliage ZnSnN2 restent rares. L'intérêt de cet alliage pour le PV s’est néanmoins accru ces deux dernières années, mais de nombreux efforts doivent être faits pour mieux comprendre les propriétés fondamentales de ce matériau. Le projet OPERA regroupe quatre laboratoires possédant différentes spécialités et compétences complémentaires: L'Institut Jean Lamour - Université de Lorraine - France, un institut dédié aux sciences des matériaux. L'Institut d'Electronique Microélectronique et de Nanotechnologie - Université de Lille, un institut avec des compétences en science des matériaux ainsi qu’en cellules solaires. Institut National de l'Energie Solaire - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives: INES, un institut français bien connu dédié au développement de nouvelles technologies solaires et à leurs transferts vers l'industrie. Le laboratoire de Génie Electrique de Paris, membre fondateur de l’Institut Photovoltaïque d’Ile de France, et spécialisé dans les caractérisations avancées des matériaux pour le solaire.