La plus petite cellule solaire au monde développée à l'Université de Sherbrooke
La postdoctorante Gwenaëlle Hamon et le professeur Abdelatif Jaouad font partie de l’équipe qui a contribué au succès de la thèse de Pierre Albert (à droite).
Photo : Martin Blache - UdeS
Dans le cadre de sa thèse en cotutelle, Pierre Albert, avec l’équipe de l’Institut interdisciplinaire d’innovation technologique (3IT) et du Laboratoire CNRS-LN2, en collaboration avec le laboratoire CNRS-IMS à Bordeaux, a fabriqué la plus petite cellule solaire multi-jonctions complète au monde dans les laboratoires de l’Université de Sherbrooke. Pour la deuxième fois cette année, l’équipe voit ses résultats publiés dans la prestigieuse revue Progress in Photovoltaics.
« On a soumis les deux publications les plus stratégiques pour la fin de la thèse. On savait que nos travaux étaient très pertinents et on visait un journal avec un très bon impact dans le domaine, donc on a été très heureux d’apprendre la confirmation! » avance Pierre Albert, fier de cet accomplissement.
De meilleures performances
La plus petite cellule conçue au 3IT est plus de 250 fois plus petite que les cellules à concentration et 100 000 fois plus petite que les cellules conventionnelles. On la voit ici (petit point noir) en dessous d’une cellule utilisée au parc solaire de l’UdeS (carré bleu).
Photo : Martin Blache - UdeS
Les travaux du doctorant constituent un élément clé pour le développement de technologies photovoltaïques à concentration miniaturisées.
En effet, la plus petite cellule conçue au 3IT a une taille d’environ 0,09 millimètre carré, ce qui est plus de 250 fois plus petit que les cellules à concentration et 100 000 fois plus petit que les cellules conventionnelles, comme celles utilisées au parc solaire de l’UdeS, et pourtant, son efficacité dépasse les 30 % sous concentration.
Quels sont les avantages d’une cellule à concentration si petite qu’elle est à peine visible à l’œil nu? La dissipation thermique, la diminution des pertes électriques et la durée de vie, principalement.
« Actuellement, ce sont des cellules d’assez grandes dimensions qui sont utilisées dans le photovoltaïque à concentration », indique M. Albert. Par « assez grandes dimensions », il fait référence à des cellules d’à peine quelques millimètres carrés, mais pour les équipes de recherche du domaine, c’est déjà grand, et ça cause plusieurs problèmes liés à la dissipation thermique.
Avec une plus petite cellule, il devient beaucoup plus facile de dissiper la chaleur, et si la cellule chauffe moins, elle va avoir de meilleures performances électriques et va opérer plus longtemps.
Pierre Albert
Il ajoute que les technologies du photovoltaïque doivent fonctionner des dizaines d’années pour être rentables. C’est pourquoi l’étude de la fiabilité des cellules était également au cœur du projet grâce à la cotutelle avec l’Université de Bordeaux, dont le Laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système (IMS) est spécialiste des questions de fiabilité de ce type de dispositif.
Une technologie certifiée
L’efficacité maximale certifiée par le laboratoire Fraunhofer ISE, en Allemagne, est de 33,8 %, résultat qui est impressionnant considérant la taille minuscule de la cellule solaire.
Photo : Martin Blache - UdeS
L’équipe de recherche a pris la décision de faire évaluer la performance de la cellule au laboratoire Fraunhofer ISE, en Allemagne, l'un des seuls au monde qui certifie les mesures d'efficacité.
« On a préféré avoir ces mesures pour générer plus d’impact. Montrer que l’évaluation a été faite dans un laboratoire de renom, c’est un gros plus, et ça nous a probablement beaucoup aidé à publier dans ce journal », croit Pierre Albert, soulignant que l’efficacité maximale certifiée par le laboratoire est de 33,8 %.
Pour l’instant, ce sont des tests assez préliminaires, mais très prometteurs. Ce qui s’annonce, c’est que les petites cellules semblent fonctionner aussi bien que celles de grandes dimensions. Bien sûr, il y aura du travail à faire pour les rendre stables et pouvoir les utiliser à plus grande échelle, car nous sommes encore à l’étape du développement en laboratoire, mais nous sommes très confiants car nous utilisons des approches compatibles avec les procédés industriels.
L’UdeS dans la bonne direction
En avril dernier, lors de la conférence CPV-17, qui est une référence dans le domaine de l’énergie solaire à concentration photovoltaïque, l’équipe du LN2 a constaté que les cellules de petites dimensions représentent une avenue empruntée par de nombreuses équipes de recherche à travers le monde.
« On a pu confirmer la pertinence du sujet et du dynamisme dont fait preuve notre équipe dans ce domaine. L’UdeS était fortement représentée lors de l’événement, démontrant la qualité des recherches effectuées ici, à Sherbrooke », partage M. Albert. Il tient à souligner que tout cela a été rendu possible grâce à la collaboration entre le LN2, le Laboratoire IMS en France et le SUNLAB de l'Université d'Ottawa, et grâce au soutien financier de Stace, du CRSNG et de Prompt.
Soulignons également l’apport des coauteurs, soit Abdelatif Jaouad, Gwenaëlle Hamon, Maïté Volatier, Vincent Aimez (directeur) et Maxime Darnon, du 3IT/LN2, Christopher E. Valdivia et Karin Hinzer, de l’Université d’Ottawa, ainsi que Yannick Deshayes et Laurent Béchou (codirecteur), du côté de l’Université de Bordeaux.
À propos du LN2
Le Laboratoire nanotechnologies et nanosystèmes (LN2) est un laboratoire international commun entre le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), l’Université de Sherbrooke, l’Institut national des sciences appliquées (INSA) de Lyon, l’École Centrale de Lyon et l’Université Grenoble-Alpes.