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Une nouvelle technologie de fabrication pourrait signifier des cellules solaires moins chères
Une nouvelle façon de fabriquer des revêtements minces et uniformes développée à l'Université Rice pourrait réduire le coût de fabrication des cellules solaires au silicium conventionnelles et pourrait ouvrir la voie à de nouveaux types de cellules solaires beaucoup plus efficaces ou moins chères que les cellules conventionnelles.
Machine solaire : Le PDG de Natcore Technology présente un prototype d'AR-Box, qui utilise une nouvelle technologie de dépôt à base de liquide pour appliquer des revêtements antireflet.
La technologie, qui dépose des revêtements dans un procédé liquide à basse température plutôt que le procédé à base de gaz à haute température utilisé actuellement, est commercialisée par Natcore Technology, une startup de Red Bank, New Jersey. La société prévoit d'utiliser cette technologie pour remplacer une étape standard de la fabrication de cellules solaires conventionnelles, en ajoutant un revêtement antireflet aux plaquettes de silicium pour les aider à absorber plus de lumière. Il proposera également une technologie antireflet plus avancée, appelée silicium noir.
Parallèlement, Natcore développe des applications plus avancées du procédé, notamment la fabrication de cellules solaires à base de nanotubes de carbone ou de cristaux nanométriques appelés points quantiques. La commercialisation de ces cellules solaires prendra probablement des années, mais pourrait surpasser de loin les cellules solaires conventionnelles. Des nano-cellules solaires ont déjà été essayées, mais la société pense que sa nouvelle technologie de fabrication pourrait les rendre abordables.
En remplacement des processus à haute température sur une ligne de fabrication conventionnelle, le processus à base de liquide peut réduire les coûts de fabrication. Le PDG de Natcore, Charles Provini, estime que le remplacement d'une machine de revêtement conventionnelle par l'une de ses sociétés pourrait permettre à un fabricant d'énergie solaire d'économiser environ 1 million de dollars en coûts d'électricité par an.
Les fabricants n'utilisent actuellement pas de processus à base de liquide pour les revêtements antireflet en partie parce qu'il a été difficile de rendre le revêtement suffisamment uniforme pour les cellules solaires. Le problème provient de la façon dont un processus liquide fonctionne généralement. Le revêtement se forme lorsque les réactifs du liquide interagissent avec une surface. Au fur et à mesure que les réactifs sont épuisés, les taux de dépôt changent, entraînant des variations dans l'épaisseur du revêtement. Les chercheurs de Rice ont résolu ce problème en développant un système permettant de réapprovisionner en continu les réactifs tout en surveillant de près l'épaisseur des films.
L'une des conceptions avancées de nanocellules solaires de Natcore consiste à déposer des couches de points quantiques sur une cellule solaire en silicium. Les points quantiques sont conçus pour absorber les couleurs que le silicium n'absorbe pas, doublant potentiellement l'efficacité des cellules solaires. Cela a déjà été essayé, mais la formation d'une couche de points quantiques a nécessité une technologie de traitement coûteuse, et il s'est avéré difficile d'espacer les points quantiques pour éviter les décharges électriques indésirables entre eux. Le procédé Natcore est peu coûteux et il fournit un moyen de contrôler l'agencement des points quantiques en les enrobant d'une couche de dioxyde de silicium qui agit comme un espaceur. La société a décidé de commencer par revêtir des cellules solaires en silicium conventionnelles pour faciliter l'adoption de la technologie par l'industrie, mais pourrait éventuellement se passer de plaquettes de silicium pour une cellule solaire entièrement à base de points quantiques qui utilise plus d'un type de quantum. dot pour absorber efficacement toute la gamme de longueurs d'onde de la lumière du soleil.
Une autre conception, que Natcore développe avec Kodak, consiste à utiliser le processus de dépôt liquide pour enrober un réseau de nanotubes de carbone avec un matériau semi-conducteur solaire afin de produire des cellules solaires minces et flexibles. Natcore affirme que les cellules solaires utilisant cette conception pourraient être à peu près aussi efficaces que les cellules solaires au silicium conventionnelles, mais coûtent environ la moitié moins cher à fabriquer, en grande partie parce qu'elles pourraient être fabriquées avec le même équipement que Kodak a utilisé pour fabriquer des films photographiques. Parce que les cellules solaires seraient légères et flexibles, elles seraient également plus faciles à installer, réduisant de moitié les coûts d'installation, estime Natcore.
Andrew Barron, professeur de chimie et de science des matériaux à l'Université Rice qui a développé la technologie de dépôt liquide, affirme que la conception des nanotubes de carbone est plus proche de la commercialisation que celle de la boîte quantique. Il dit que les chercheurs ont fabriqué de petits prototypes de cellules solaires. Le reste du travail de développement consiste à définir les détails de la fabrication. Les cellules solaires à points quantiques n'en sont encore qu'à leurs débuts – les chercheurs n'ont jusqu'à présent utilisé le processus liquide pour montrer qu'il est possible de distribuer les points quantiques selon les besoins. Ils n'ont pas encore construit de cellules solaires.
Natcore a levé environ 6 millions de dollars par le biais d'une offre publique sur une bourse canadienne. Elle a également signé des accords de joint-venture avec des sociétés en Chine et en Italie. L'entreprise prévoit de concéder sa technologie sous licence à d'autres, plutôt que de fabriquer elle-même des cellules solaires. Il teste actuellement une version prototype d'une machine de dépôt liquide à l'échelle commerciale, et Provini dit que la société a quatre fabricants de cellules solaires alignés pour acheter la version commerciale de la machine, si la société atteint certaines étapes techniques.