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« Cellule CIGS » : différence entre les versions

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Le sigle '''CIGS''' (pour les [[Élément chimique|éléments chimiques]] [[cuivre]], [[indium]], [[gallium]] et [[sélénium]]) désigne à la fois :
* une [[technique]] d'élaboration des [[cellule photovoltaïque|cellules photovoltaïques]]
* une [[technique]] d'élaboration des [[Film photovoltaïque|cellules photovoltaïques en couches minces]] et de haute performance.
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|titre= Advanced Solar Panels Coming to Market
|titre= Advanced Solar Panels Coming to Market
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== Description ==
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Dans le [[CIGS (semiconducteur)|CIGS]], la concentration d'indium et de gallium peut varier entre du [[Séléniure de cuivre-indium|séléniure de cuivre et d'indium]] (CIS) pur, et du [[Séléniure de cuivre-gallium|séléniure de cuivre et de gallium]] (CGS) pur. C’est un semi-conducteur à structure de [[chalcopyrite]].


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L'alliage CIGS entre principalement dans la fabrication d'une [[cellule photovoltaïque]] utilisée sous forme d’une [[couche mince]] polycristalline, comme dans les cellules de première génération issues du silicium, elles utilisent le principe de la [[jonction PN]].
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Dans l'alliage CIGS, la concentration d'indium et de gallium peut varier du séléniure de cuivre et d'indium pur à du séléniure de cuivre et de gallium pur. C’est un semi-conducteur à structure de [[chalcopyrite]].
<br />La différence est que la structure du CIGS forme une jonction complexe constituée de matériaux de natures différentes (hétéro-jonction) de type CIGS(p)/CdS(n)/ZnO(n) dans les dispositifs à plus haut rendement.


La communauté scientifique travaille depuis déjà quelques années au remplacement de la couche de CdS par un film plus écologique, ne contenant plus de cadmium toxique, les matériaux les plus prometteurs étant des composées communs (Zn, Mg)(O, S) ou de sulfure d'indium (métal plus rare).
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L'alliage CIGS entre principalement dans la fabrication d'une [[cellule solaire]] utilisée sous forme d’une [[couche mince]] polycristalline. Comme dans les cellules de première génération issues du silicium elles utilisent le principe de la [[jonction PN]], La différence étant que la structure du CIGS forme une jonction complexe constitué de matériaux de nature différentes (hétéro-jonction).


Les couches CIGS peuvent être réalisées par différentes méthodes :
Les couches CIGS peuvent être réalisées par différentes méthodes :
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* Le procédé le plus commun consiste à co-évaporer (par [[Dépôt physique par phase vapeur|voie physique]]), sous vide, du cuivre, du gallium et de l’indium en surpression de sélénium

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* Le procédé le plus commun consiste à co-évaporer ou co-déposer (par [[Dépôt physique par phase vapeur|voie physique]]), sous vide, du cuivre, du gallium et de l’indium pour ensuite recuire le film ainsi obtenu dans une atmosphère chargée de séléniure pour former la structure finale de la cellule CIGS.
* Un autre procédé, ne faisant pas appel à la technologie du vide, consiste à « étaler » des nanoparticules des matériaux précurseurs sur le substrat et de les [[frittage|fritter ou co-fritter]].
* Un autre procédé, ne faisant pas appel à la technologie du vide, consiste à « étaler » des nanoparticules des matériaux précurseurs sur le substrat et de les [[frittage|fritter ou co-fritter]].
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Les cellules CIGS peuvent donc être fabriquées directement sur un substrat en verre, de façon très économique. Il existe au début du {{s-|XXI|e}} une demande pour le silicium qui excède l’offre, surtout en matière de silicium pour le photovoltaïque, ce qui incite au développement de technologies alternatives.


Les rendements records obtenus avec cette technologie sont de :
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Les cellules CIGS peuvent donc être fabriquées directement sur un substrat en verre, soit par impression, soit par déposition sous [[technologie du vide|vide]] de façon très économique. Il existe au début du {{s-|XXI|e}} une demande pour le silicium qui excède l’offre, surtout en matière de silicium pour le photovoltaïque, ce qui incite au developpement de technologies alternatives.
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* 16,6 % pour un minimodule de {{unité|16|cm²}} (ASC Uppsala Suède)
* 13,5 % pour les modules industriels (Showa Shell).


== Structure d'une cellule à couche mince CIGS ==
Les rendements records obtenus avec cette technologie sont de 20% pour une cellules solaires de environ 0.5 cm²2 (NREL, USA), 16.6% pour un minimodule de 16 cm²2 (ASC Uppsala Suede) et de 13,5% pour les modules industriels.
{{section à sourcer|date=novembre 2010}}
[[Fichier:CIGSdevice.JPG|thumb|upright=1.5|Structure d'une cellule CIGS]]
La structure de base d'une cellule solaire à couche mince [[CIGS (semiconducteur)|CIGS]] ({{fchim|Cu(In,Ga)Se|2}}) est représentée sur l'image de droite. Le substrat le plus commun est un verre de silicate sodocalcique de 1 à {{unité|3|mm}} d'épaisseur. Ce dernier est recouvert sur un côté de molybdène (Mo) servant de contact arrière métallique. L'[[hétérojonction]] est formée entre les [[semi-conducteur]]s CIGS et [[Oxyde de zinc|ZnO]], avec une fine couche d'interface constituée de [[Sulfure de cadmium|CdS]] et de ZnO. Le CIGS a un dopage de type ''p'' provenant de défauts intrinsèques, alors que le ZnO est de type ''n'' grâce à l'incorporation d'aluminium (Al). Ce dopage asymétrique est à l'origine de la région de charge d'espace qui s'étend davantage dans le CIGS que dans le ZnO. La couche de CIGS sert d'absorbeur avec une largeur de [[bande interdite]] comprise entre {{unité/2|1.02|eV}} ({{fchim|CuInSe|2}}) et {{unité/2|1.65|eV}} ({{fchim|CuGaSe|2}}). L'absorption est minimisée dans les couches supérieures, appelées fenêtres, par le choix de bandes interdites plus larges : {{unité/2|3.2|eV}} pour ZnO et {{unité/2|2.4|eV}} pour CdS. Le ZnO dopé sert également de contact supérieur pour collecter le courant. Les dispositifs expérimentaux, typiquement d'une surface de {{unité|0.5|cm|2}} présentent une grille de Ni/Al déposée sur la face avant pour réaliser le contact avec le ZnO.


== Histoire ==
== Histoire ==


Des [[fonds d'investissement]] ont injecté presque 400 millions US$ dans plusieurs projets CIGS, parmi lesquels on retrouve :
Des [[fonds d'investissement]] ont injecté presque 400 millions US$ dans plusieurs projets CIGS, parmi lesquels on retrouve :
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* Nanosolar<ref>[http://www.nanosolar.com/blog3/2007/12/18/nanosolar-ships-first-panels Nanosolar livre ses premiers panneaux solaires en technologie CIGS], 18 décembre 2007</ref>,
* Nanosolar<ref>[http://www.nanosolar.com/blog3/2007/12/18/nanosolar-ships-first-panels Nanosolar livre ses premiers panneaux solaires en technologie CIGS], 18 décembre 2007</ref>,
* [[Miasole]],
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* [[Ascent Solar]],
* [[Ascent Solar]],
* [[HelioVol]],
* [[HelioVol]],
* [[Avancis]], filiale du groupe [[Saint-Gobain]]<ref>[http://www.lefigaro.fr/societes/2009/08/12/04015-20090812ARTFIG00292-solaire-saint-gobain-rachete-les-parts-de-shell-dans-avancis-.php Solaire : Saint-Gobain rachète les parts de Shell dans Avancis]Le Figaro 12/08/2009</ref>
* [[Avancis]], coentreprise entre '''Shell Solar''' et [[Saint-Gobain]]
* [[Honda Soltec]]<ref>[http://world.honda.com/HondaSoltec Honda Soltec]</ref>,
* [[Honda Soltec]]<ref>[http://world.honda.com/HondaSoltec Honda Soltec]</ref>,
* [[Showa Shell]],
* [[Showa Shell]],
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* Solibro AB<ref>{{en}} [http://www.solibro.se/index.html Solibro]</ref> accord avec Q-Cell,
* Solibro AB<ref>{{en}} [http://www.solibro.se/index.html Solibro]</ref> accord avec Q-Cell,
* Würth Solar<ref>{{en}} [http://www.sessa.org.za/mediaandlinks/presentations/pvindustryforum/2_6_Dimmler_Wuerth.pdf Industrialisation des cellules photovoltaïques]</ref>.
* Würth Solar<ref>{{en}} [http://www.sessa.org.za/mediaandlinks/presentations/pvindustryforum/2_6_Dimmler_Wuerth.pdf Industrialisation des cellules photovoltaïques]</ref>.
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Des groupes [[pétrolier]]s, les fabricants d'automobiles et les fabricants de matériaux pour l’habitation venant renforcer la crédibilité de ces nouvelles technologies.
Des groupes [[pétrolier]]s, les fabricants d'automobiles et les fabricants de matériaux pour l’habitation viennent renforcer la crédibilité de ces nouvelles technologies.


En [[2010]] la production de cellules en ''technologie couches minces'' (dont CIGS) représente 20 % de la production totale de cellules photovoltaïques. L'entreprise berlinoise ''Sulfurcell'' a commencé à livrer des panneaux CIS en 2005 et a présenté fin décembre 2010 ses premiers prototypes de panneaux CIGSe. Sa technologie de {{2e|génération}} permet des rendements de conversion dépassement 10 %, et selon l'industriel, des tests en laboratoire lui ont permis d'atteindre 12,6 %. Le but est de dépasser les 14 % (en laboratoire) avant fin 2012, et en production avant 2015<ref>[http://article.lechodusolaire.fr/h/mensuel.php?MG=1&J=xvzvmflfakafduay Couches minces, Industrialisation] {{Lien archive|url=http://article.lechodusolaire.fr/h/mensuel.php?MG=1&J=xvzvmflfakafduay |titre=Copie archivée |horodatage archive=20180806205035 }}, L'Echo du solaire, 2011/01/26</ref>. Mais la part de marché s'est réduite à 4,5 %, en 2019<ref name="A review">{{Article|langue=en|auteur1=Erteza Tawsif Efaz|auteur2=Md Meganur Rhaman|auteur3=Safayat Al Imam|auteur4=Khandaker Lubaba Bashar|auteur5=Fahmid Kabir|auteur6=MD Ehasan Mourtaza|auteur7=Syed Nazmus Sakib|auteur8=F. A. Mozahid|titre=A review of primary technologies of thin-film solar cells|périodique=Engineering Research Express|volume=3|numéro=3|date=23 septembre 2021|lire en ligne=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-8695/ac2353/meta}}</ref>.
Il est prévu qu’en [[2010]] la production de cellules en ''technologie couches minces'' (dont CIGS) représente 20% de la production totale de cellules photovoltaïques.


== Voir aussi ==
== Voir aussi ==
===Articles connexes===
=== Articles connexes ===
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* [[Tenerrdis]]
* [[Tenerrdis]]
* [[Énergie solaire]]
* [[Énergie solaire]]
* [[Panneau photovoltaïque]]
* [[Panneau photovoltaïque]]
* [[Semi-conducteur]]
* [[Semi-conducteur]]
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* [[alliage]]
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=== Bibliographie ===
=== Bibliographie ===
* {{en}} [http://www.semiconductor-today.com/news_items/NEWS_2007/JULY_07/APPLI_180707.htm Applied Materials embauche le directeur technique de Nanosolar]
* {{en}} [http://www.semiconductor-today.com/news_items/NEWS_2007/JULY_07/APPLI_180707.htm Applied Materials embauche le directeur technique de Nanosolar]
* {{en}} [http://www.semiconductor-today.com/news_items/NEWS_2007/APR_07/FUJIK_130407.htm Les nouvelles technologies photovoltaïques devraient connaître une croissance de 46%]
* {{en}} [http://www.semiconductor-today.com/news_items/NEWS_2007/APR_07/FUJIK_130407.htm Les nouvelles technologies photovoltaïques devraient connaître une croissance de 46 %]
* {{en}} [http://re.jrc.ec.europa.eu/refsys/pdf/Workshop%20Thin%20Films%20in%20PV%20Industry/02%20Status.pdf Rapport de la CE sur le photovoltaîque] 10 novembre 2005
* {{en}} [http://re.jrc.ec.europa.eu/refsys/pdf/Workshop%20Thin%20Films%20in%20PV%20Industry/02%20Status.pdf Rapport de la CE sur le photovoltaîque] 10 novembre 2005


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{{Références}}
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[[Catégorie:Cellule photovoltaïque|CIGS]]
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{{Portail|physique}}

[[Catégorie:Semi-conducteur]]
[[Catégorie:Énergie solaire]]

[[ar:سيلينيد نحاس إنديوم غاليوم]]
[[de:CIGS-Solarzelle]]
[[en:Copper indium gallium selenide]]
[[es:CIGS]]
[[nl:CIGS]]

Dernière version du 30 mars 2024 à 13:38

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Page d’aide sur l’homonymie

Pour les articles homonymes, voir CIGS.

Le sigle CIGS (pour les éléments chimiques cuivre, indium, gallium et sélénium) désigne à la fois :

Description

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Dans le CIGS, la concentration d'indium et de gallium peut varier entre du séléniure de cuivre et d'indium (CIS) pur, et du séléniure de cuivre et de gallium (CGS) pur. C’est un semi-conducteur à structure de chalcopyrite.

L'alliage CIGS entre principalement dans la fabrication d'une cellule photovoltaïque utilisée sous forme d’une couche mince polycristalline, comme dans les cellules de première génération issues du silicium, elles utilisent le principe de la jonction PN.
La différence est que la structure du CIGS forme une jonction complexe constituée de matériaux de natures différentes (hétéro-jonction) de type CIGS(p)/CdS(n)/ZnO(n) dans les dispositifs à plus haut rendement.

La communauté scientifique travaille depuis déjà quelques années au remplacement de la couche de CdS par un film plus écologique, ne contenant plus de cadmium toxique, les matériaux les plus prometteurs étant des composées communs (Zn, Mg)(O, S) ou de sulfure d'indium (métal plus rare).

Les couches CIGS peuvent être réalisées par différentes méthodes :

  • Le procédé le plus commun consiste à co-évaporer (par voie physique), sous vide, du cuivre, du gallium et de l’indium en surpression de sélénium
  • Un autre procédé, ne faisant pas appel à la technologie du vide, consiste à « étaler » des nanoparticules des matériaux précurseurs sur le substrat et de les fritter ou co-fritter.

Les cellules CIGS peuvent donc être fabriquées directement sur un substrat en verre, de façon très économique. Il existe au début du XXIe siècle une demande pour le silicium qui excède l’offre, surtout en matière de silicium pour le photovoltaïque, ce qui incite au développement de technologies alternatives.

Les rendements records obtenus avec cette technologie sont de :

  • 22,6 % pour une cellule solaire d'environ 0,5 cm2 (ZSW, Allemagne) [2]
  • 20,9 % pour une cellule solaire d'environ 0,5 cm2 (Solar frontier, Japon) [3],
  • 16,6 % pour un minimodule de 16 cm2 (ASC Uppsala Suède)
  • 13,5 % pour les modules industriels (Showa Shell).

Structure d'une cellule à couche mince CIGS

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Structure d'une cellule CIGS

La structure de base d'une cellule solaire à couche mince CIGS (Cu(In,Ga)Se2) est représentée sur l'image de droite. Le substrat le plus commun est un verre de silicate sodocalcique de 1 à 3 mm d'épaisseur. Ce dernier est recouvert sur un côté de molybdène (Mo) servant de contact arrière métallique. L'hétérojonction est formée entre les semi-conducteurs CIGS et ZnO, avec une fine couche d'interface constituée de CdS et de ZnO. Le CIGS a un dopage de type p provenant de défauts intrinsèques, alors que le ZnO est de type n grâce à l'incorporation d'aluminium (Al). Ce dopage asymétrique est à l'origine de la région de charge d'espace qui s'étend davantage dans le CIGS que dans le ZnO. La couche de CIGS sert d'absorbeur avec une largeur de bande interdite comprise entre 1,02 eV (CuInSe2) et 1,65 eV (CuGaSe2). L'absorption est minimisée dans les couches supérieures, appelées fenêtres, par le choix de bandes interdites plus larges : 3,2 eV pour ZnO et 2,4 eV pour CdS. Le ZnO dopé sert également de contact supérieur pour collecter le courant. Les dispositifs expérimentaux, typiquement d'une surface de 0,5 cm2 présentent une grille de Ni/Al déposée sur la face avant pour réaliser le contact avec le ZnO.

Histoire

[modifier | modifier le code]

Des fonds d'investissement ont injecté presque 400 millions US$ dans plusieurs projets CIGS, parmi lesquels on retrouve :

Des groupes pétroliers, les fabricants d'automobiles et les fabricants de matériaux pour l’habitation viennent renforcer la crédibilité de ces nouvelles technologies.

En 2010 la production de cellules en technologie couches minces (dont CIGS) représente 20 % de la production totale de cellules photovoltaïques. L'entreprise berlinoise Sulfurcell a commencé à livrer des panneaux CIS en 2005 et a présenté fin décembre 2010 ses premiers prototypes de panneaux CIGSe. Sa technologie de 2e génération permet des rendements de conversion dépassement 10 %, et selon l'industriel, des tests en laboratoire lui ont permis d'atteindre 12,6 %. Le but est de dépasser les 14 % (en laboratoire) avant fin 2012, et en production avant 2015[11]. Mais la part de marché s'est réduite à 4,5 %, en 2019[12].

Voir aussi

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Articles connexes

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Bibliographie

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Notes et références

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  1. ↑ (en) Kevin Bullis, « Advanced Solar Panels Coming to Market », Technology Review,‎ (lire en ligne, consulté le )
  2. ↑ (en) Philip Jackson, Roland Wuerz, Dimitrios Hariskos et Erwin Lotter, « Effects of heavy alkali elements in Cu(In,Ga)Se2 solar cells with efficiencies up to 22.6% », physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters, vol. 10, no 8,‎ , p. 583–586 (ISSN 1862-6270, DOI 10.1002/pssr.201600199, lire en ligne, consulté le )
  3. ↑ (en) « Solar Frontier achieves record 20.9% cell efficiency on thin-film CIS / Solar Choice », sur Solar Choice, (consulté le ).
  4. ↑ Nanosolar livre ses premiers panneaux solaires en technologie CIGS, 18 décembre 2007
  5. ↑ Solyndra
  6. ↑ Solaire : Saint-Gobain rachète les parts de Shell dans AvancisLe Figaro 12/08/2009
  7. ↑ Honda Soltec
  8. ↑ Shell Solar
  9. ↑ (en) Solibro
  10. ↑ (en) Industrialisation des cellules photovoltaïques
  11. ↑ Couches minces, Industrialisation « Copie archivée » (version du sur Internet Archive), L'Echo du solaire, 2011/01/26
  12. ↑ (en) Erteza Tawsif Efaz, Md Meganur Rhaman, Safayat Al Imam, Khandaker Lubaba Bashar, Fahmid Kabir, MD Ehasan Mourtaza, Syed Nazmus Sakib et F. A. Mozahid, « A review of primary technologies of thin-film solar cells », Engineering Research Express, vol. 3, no 3,‎ (lire en ligne)
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