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Nanostructures pour cellules photovoltaïques inorganiquesRECHERCHE ET INNOVATION | Réf : RE257 v1
Auteur(s) : Danièle BLANC PELISSIER, Nathanaelle SCHNEIDER
Date de publication : 10 nov. 2016
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This article deals with the applications of atomic layer deposition (ALD) to the field of photovoltaics (PV). After a brief review of the PV conversion and its issues, the main industrial use of ALD for PV (passivation layers on 1st generation crystalline silicon solar cells), together with various examples of applications for the 2nd and 3rd generation solar cell are presented. They illustrate the various advantages (uniformity, conformity of ultra-thin layers, material engineering) and the limitations (deposition rate) of ALD for the development of efficient solar cells.
Danièle BLANC PELISSIER : Chargée de recherche CNRS - Institut des nanotechnologies de Lyon, CNRS, INSA de Lyon et université de Lyon, Villeurbanne, France
Nathanaelle SCHNEIDER : Chargée de recherche CNRS - Institut de recherche et développement de l’énergie photovoltaïque (IRDEP), UMR 7174 EDF-CNRS-Chimie ParisTech, Chatou, France - Institut du Photovoltaïque d’Ile de France (IPVF)
La conversion photovoltaïque (PV) est une composante incontournable du mix énergétique et connait une très forte croissance grâce aux baisses de coûts combinées aux politiques de soutien et aux avancées technologiques. Cet article analyse la contribution du dépôt par couche atomique ou ALD (Atomic Layer Deposition) aux technologies de cellules solaires.
L’ALD est une technique de dépôt chimique en phase vapeur qui permet la croissance de matériaux inorganiques en couches ultraminces, uniformes, conformes, d’épaisseur subnanométrique. Basée sur l’introduction séquentielle de précurseurs, elle met en jeu des réactions chimiques de surface et des mécanismes de saturation autolimitants qui permettent une ingénierie de matériaux à l’échelle atomique.
Les applications de l’ALD pour le PV sont diverses, avec des degrés de maturité différents : de la passivation de cellules de type industriel en silicium aux nouvelles architectures innovantes. Cet article présente les principales utilisations de l’ALD pour le PV et discute des atouts et des limites du procédé dans un domaine où toute innovation doit satisfaire aux contraintes de coûts, de dimensions et de stabilité dans le temps.
Nota : le lecteur trouvera en fin d’article un tableau des sigles, notations et symboles utilisés tout au long de l’article.
Domaine : Techniques de dépôt de couches minces
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Dépôt par couche atomique (ALD, Atomic Layer Deposition)
Domaines d’application : Photovoltaïque
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Tenerrdis
Centres de compétence : CEA-INES, IPVF, Institut des nanotechnologies de Lyon, IRDEP, Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (Lille), Laboratoire des matériaux et du génie physique (Grenoble)
Industriels : Air Liquide, EDF, Encapsulix, Enhélios
Autres acteurs dans le monde :
Argonne National Laboratory, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Eindhoven University of Technology, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Stanford University, Nanyang Technological University, Uppsala University, Energy research Centre of the Netherlands (ECN), Beneq, Levitech, Picosun, SolayTec, Solliance, TNO.
Contact : daniele.blanc@insa-lyon.fr, n.schneider@chimie-paristech.fr
ALD | cellule photovoltaïque | passivation | interfaces | ingénierie de matériaux
ALD | solar cell | passivation | interfaces | material engineering
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INNOVATIONS TECHNOLOGIQUES
(1) - GREEN (M.A.), EMERY (K.), HISHIKAWA (Y.), WARTA (W.), DUNLOP (E.D.) - « Solar cell efficiency tables (Version 45) », - Prog. Photovolt: Res. Appl., 23:1-9 (2015).
(2) - CLUGSTON (D.A.), BASORE (P.A.) - PC1D Version 5: 32-Bit solar cell modeling on personal computers. - 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference 207-210 (1997).
(3) - HAYAFUJI (N.), ELDALLAL (G.M.), DIP (A.), COLTER (P.C.), EL-MASRY (N.A.), -BEDAIR (S.M.) - « Atomic layer epitaxy of device quality AlGaAs and AlAs ». Appl. Surf. Sci., - 82 18-22 (1994).
(4) - BAKKE (J.R.), PICKRAHN (K.L.), BRENNAN (T.P.), BENT (S.F.) - « Nanoengineering and interfacial engineering of photo-voltaics by atomic layer deposition ». Nanoscale, - 3 3482-3508 (2011).
(5) - VAN DELFT (J.), GARCIA-ALONSO (D.), KESSELS (W.) - « Atomic layer deposition for photovoltaics: applications and prospects for solar cell manufacturing ». Semiconductor Science and Technology, - 27 074002 (2012).
...
PC1D (http://www.pveducation.org/pvcdrom/characterisation/pc1d) Logiciel libre de simulation (à une dimension) de cellules photovoltaïques
PV Lighthouse ( https://www.pvlighthouse.com.au/). Site de ressources et de calcul en ligne pour le photovoltaïque
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ALD Pulse
PVeducation
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Congrès : European PV Solar Energy Conference and Exhibition EU-PVSEC. Congrès (conférences + salon) ayant lieu chaque année dans une ville européenne. https://www.photovoltaic-conference.com/
Congrès : IEEE Photovoltaic Specialists Conference. European PV Solar Energy Conference and Exhibition EU-PVSEC. Congrès (conférence + salon) ayant lieu chaque année dans une ville américaine. http://www.ieee-pvsc.org/
Congrès : AVS-ALD conference....
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