Actuellement l'Europe est très active dans le domaine de la conversion photovoltaique à partir de nouveaux matériaux. Cette filière offre l'avantage de produire des cellules de très faible coût. Deux concepts sont développés dans ce domaine, celui du « tout organique » destiné à cours terme au marché des applications nomades, et celui dit « hybride » qui apparait prometteur pour les installations raccordées au réseau grâce à des systèmes de type « Grätzel ».
A l'origine du projet Nanorgysol le consortium CSPVP (Cellules Solaires PhotoVoltaïques Plastiques), créé en 2002 dont le but fut de fédérer les différents métiers et les compétences nécessaires pour l'élaboration de cellules solaires organiques efficaces, a rassemblé 8 laboratoires français et permis ainsi de les placer au meilleur niveau international dans le domaine des cellules solaires photovoltaïques plastiques très bas coût.
Le projet Nanorgysol, qui a débuté en décembre 2005, compte 20 laboratoires universitaires français et le CEA. Leur objectif est d'explorer un grand nombre de matériaux et de concepts des filières « organiques » et « hybrides » afin d'en évaluer leur potentialité et pouvoir faire à l'issue du projet des choix stratégiques en terme de filières à développer. Les résultats attendus par les partenaires du projet Nanorgysol sont l'obtention d'une cellule solaire de rendement de conversion supérieure à 5% sur substrat verre, avec une surface active de 1cm² et la démonstration d'un rendement de conversion sur une surface de 100 cm². L'objectif ultime du projet étant le transfert industriel de ces travaux de R&D.
Nanorgysol est un projet financé pendant 2 ans par l'ANR qui l'a retenue lors de son appel à projet en 2005 sur le domaine du solaire photovoltaïque. Après 1 an et demi de travaux donc, des rendements de conversion de 4% sur des cellules de 1 cm² ont été atteints. Les études de vieillissement et de durée de vie des cellules photovoltaïques développées au sein de ce projet seront faites dans le cadre de projets futurs.
Parallèlement au projet Nanorgysol, l'Institut allemand Fraunhofer des systèmes énergétiques solaires (ISE) est parvenu pour sa part à convertir la lumière du soleil en électricité avec un rendement de 37,6%. Ce record européen a été atteint avec une cellule photovoltaïque (PV) à multi-jonctions de quelques millimètres de diamètre, constituée de semi-conducteurs III-V et soumise à un rayonnement solaire concentré 1.700 fois. Pour le module PV dans son ensemble, un rendement de 28,5% a été atteint en conditions réelles sur le site de Fribourg, soit le meilleur rendement de l'ISE jusqu'à présent.
D'après Andreas Bett, Directeur du département "Matériaux, cellules PV et technologie" à l'ISE, des rendements de 45% pour les cellules et de 35% pour les modules seraient envisageables dans les années à venir.A l'origine du record : des progrès décisifs dans le domaine des matériaux qui ont permis un fonctionnement fiable des cellules, même soumises à une intensité lumineuse extrêmement élevée. "En particulier, la qualité des diodes à effet tunnel, de seulement 30 nm d'épaisseur, qui relient les trois cellules entre elles, joue un rôle déterminant", mentionne le Dr. Frank Dimroth, chef du groupe de travail "III-V - Epitaxie et cellules PV" à l'ISE.
Les cellules PV à multi-jonctions sont constituées d'environ 30 couches élémentaires d'alliages semiconducteurs III-V, qui doivent toutes présenter une haute qualité cristalline. Pour l'élaboration de ces structures complexes, les chercheurs de l'ISE ont recours à une grosse installation de l'entreprise Aixtron (à Aix-la-Chapelle) capable de réaliser une épitaxie métallo-organique en phase gazeuse. "Comme nous menons nos recherches sur des installations de production industrielles, nous sommes en mesure de transférer nos résultats sur le marché en quelques mois seulement, avec l'aide de notre partenaire AZUR SPACE", se réjouit M. Dimroth.
"A l'Institut ISE, nous travaillons intensément depuis plus de dix ans au développement de cellules multi-jonctions destinées à être intégrées dans des systèmes à concentration, car cette technologie promet de loin les plus hauts rendements pour la conversion de la lumière en énergie", poursuit-il. Et le Prof. Eicke Weber, Directeur de l'ISE, de renchérir : "Je considère cette technologie comme particulièrement prometteuse pour les pays à fort ensoleillement".
Jusqu'à présent, le photovoltaïque à concentration était quasiment réservé à des applications spatiales. Les développements en cours rendent aujourd'hui envisageable leur utilisation terrestre. Déjà aujourd'hui, des systèmes PV à concentration installés en Espagne produisent deux fois plus d'électricité par unité de surface que des systèmes PV conventionnels à base de silicium. Mais pour que cette technologie devienne compétitive, les coûts doivent encore baisser.
