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Axe IV : Concepts avancés pour le photovoltaique

Ce thème de recherche concerne la conception, le développement et l’expérimentation de concepts émergents ou de nouveaux concepts de cellules solaires sur divers substrats tels que l’InP, le GaP et le silicium. Notre objectif est de développer des cellules qui ont soit un rendement de conversion très élevé, soit un coût modéré, facteurs clés pour la compétitivité de l’énergie photovoltaïque. Nous travaillons d’une part sur de nouveaux concepts de cellules solaires à même de surmonter la limite physique exprimée par la limite théorique de Shockley-Queisser (SQ) liée à l’architecture en cellule solaire mono-jonction et nous développons de nouveaux concepts de cellules solaires utilisant des halogénures organiques-inorganiques en structure pérovskite, à la fois bas-coût et performants.

Un de nos objectifs est de proposer une alternative aux cellules multijonctions élaborés sur substrats couteux de GaAs et Ge, en utilisant des composés III-V en accord de paramètre de maille sur substrats de silicium et une approche de croissance monolithique et cohérente de composés par épitaxie à jets moléculaires (MBE).

Une autre approche concerne le développement de cellules à porteurs chauds (en collaboration avec l’IRDEP) et qui consiste à collecter, avant thermalisation, l’énergie excédentaire des porteurs chauds, paires électron - trou fortement excités créées par l’absorption de photons d’énergie supérieure à celle de la bande interdite. Les démonstrateurs sont élaborés sur substrat InP par MBE et ce concept permet en théorie d’atteindre des rendements de conversion très élevés.

Le troisième axe stratégique porte sur le développement de cellules solaires à base d’halogénures organiques-inorganiques en structure pérovskite, de faible coût de fabrication, et qui atteignent un rendement inattendu (> 20% en seulement deux ans), tutoyant les rendements des filières à base de films minces CdTe et CIGS, et approchant celui du Si monocristallin. Les travaux théoriques récents développés dans notre laboratoire sont axés sur la compréhension fondamentale des propriétés physiques des matériaux, à partir des concepts développés à la fois dans les domaines de l’optoélectronique organique et des semi-conducteurs classiques. De plus, notre objectif est de développer des cellules tandem alliant matériaux pérovskites et substrat silicium.