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Solaire à couche mince à haute efficacité
Les cellules solaires fabriquées à partir d'encres à base de nanocristaux bon marché ont le potentiel d'être aussi efficaces que les cellules inorganiques conventionnelles actuellement utilisées dans les panneaux solaires, mais peuvent être imprimées à moindre coût. Solexant , une entreprise de San Jose, en Californie, fabrique actuellement des cellules solaires pour tester la technologie. Afin de rivaliser avec d'autres sociétés solaires à couche mince, Solexant mise sur des processus et des matériaux d'impression plus simples et moins chers, ainsi que sur des coûts d'investissement initiaux inférieurs pour construire ses usines. L'entreprise s'attend à vendre des modules à 1 $ le watt, avec des rendements supérieurs à 10 %.
Nanocristal solaire : Les cellules solaires du haut ont été fabriquées sur une imprimante rouleau à rouleau à partir d'une encre constituée des nanocristaux semi-conducteurs inorganiques en forme de tige illustrés ci-dessous. Les alvéoles ont été imprimées sur une feuille métallique souple et seront surmontées d'une plaque de verre.
La société a des méthodes sous licence pour cultiver des nanocristaux et les transformer en encres à partir de Paul Alivisatos , professeur de nanotechnologie à l'Université de Californie à Berkeley et directeur par intérim du Laboratoire national Lawrence Berkeley . (Alivisatos fait partie du conseil d'administration de Solexant.) Alivisatos affirme que l'avantage de ces matériaux est leur potentiel à combiner faible coût et haute performance. Les cellules solaires fabriquées à partir de silicium cristallin sont efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité, mais elles sont coûteuses à fabriquer. Pour réduire les coûts, les entreprises ont développé des cellules solaires à couche mince à partir de semi-conducteurs qui ne correspondent pas aux performances du silicium cristallin mais sont beaucoup moins chères à fabriquer.
L'objectif de Solexant est de fabriquer des cellules solaires à couche mince bon marché avec des rendements relativement élevés. Il ne divulgue pas de quoi sont faites les encres à nanoparticules, mais la société affirme qu'il s'agit de suspensions de nanocristaux semi-conducteurs en forme de tige de quatre nanomètres de diamètre et de 20 à 30 nanomètres de long. Les cellules Solexant sont imprimées sur une feuille métallique comme substrat. Les films de nanocristaux sont simples à imprimer mais ont de mauvaises propriétés électriques. Les électrons ont tendance à être piégés entre les petites particules. L'astuce avec ces cellules est de savoir comment déposer les matériaux à la volée de manière à créer une surface très conductrice, qui à son tour assure une conversion lumière-électricité décente, explique Alivisatos. Solexant commence avec des nanocristaux parce qu'ils sont plus faciles à imprimer et les chauffe au fur et à mesure qu'ils sont imprimés, les faisant fusionner en microcristaux plus gros et de haute qualité qui n'ont pas autant d'endroits pour que les électrons se perdent.
Les parties restantes de la cellule solaire, y compris les contacts électriques et une couche absorbant la lumière, sont également imprimées sur les films métalliques flexibles. Ce procédé permet à Solexant d'imprimer de très grandes surfaces. Une fois terminées, les alvéoles sont découpées puis surmontées d'un morceau de verre rigide.
La fabrication de l'ensemble de la cellule à l'aide d'un processus roll-to-roll donne à l'entreprise un avantage sur les autres entreprises photovoltaïques à couche mince qui impriment sur du verre, qui est plus lourd et limité à des zones plus petites, a déclaré le PDG de Solexant. Dammoder Reddy . L'avantage en termes de coûts est considérable, nous permettant de produire des cellules pour 50 cents le watt, dit-il. Premier solaire , une entreprise de couches minces qui utilise le dépôt sous vide pour imprimer ses cellules sur du verre, a des coûts de fabrication de 85 cents par watt. Nanosolar, une autre entreprise fabriquant des cellules solaires à nanocristaux, utilise un semi-conducteur différent qui nécessite des réactions chimiques lors de l'impression, ce qui augmente la complexité et le coût du processus. Nous imprimons un semi-conducteur préformé, ce qui élimine de telles étapes, explique Reddy.
Solexant a levé 22,5 millions de dollars en capital-risque pour construire son usine pilote de deux mégawatts, et cherche 40 millions de dollars de plus au cours de la prochaine année pour construire une installation de 100 mégawatts. Les startups solaires recherchent généralement environ 250 millions de dollars de capital pour construire une telle centrale, explique Reddy.
Le premier produit de la société, qui, selon Reddy, se vendra 1 $ le watt l'année prochaine, contiendra une seule couche de nanocristaux. La société développe actuellement d'autres types de nanocristaux plus réactifs aux différentes bandes du spectre solaire dans l'espoir d'améliorer l'efficacité de ses cellules. En fin de compte, nous voulons créer une cellule multicouche à large spectre, explique Reddy.