Photovoltaïque : traitement du silicium "sale" pour baisser les coûts

Toutefois, la forte croissance de la production de cellules solaires commence à se heurter à un problème d'approvisionnement, et en 2004 la demande a été supérieure à l'offre, ce qui est à l'origine d'une croissance des prix nuisible à la compétitivité de ces dispositifs. Par ailleurs, il est difficile d'envisager d'utiliser un matériau moins purifié, comme le silicium métallurgique, dont les concentrations en impuretés (notamment métalliques) sont excessives et qui présentent des taux de recombinaison élevés qui abaissent fortement le rendement de conversion.

L'utilisation d'un silicium de faible coût (dit silicium 'sale' !) n'est envisageable que si les rendements obtenus avec ce matériau peuvent être nettement améliorés. Dans ce but, plusieurs équipes aux Etats-Unis portent leurs efforts sur le contrôle des défauts métalliques à l'échelle nanométrique afin de pouvoir réduire leur activité électrique.

Dans ce contexte, une équipe de Berkeley, University of California, vient de montrer que l'on pouvait tolérer des concentrations relativement élevées d'impuretés métalliques dans le silicium à condition de former par des protocolesprotocoles de recuit adaptés des agrégats de taille et de distribution bien contrôlée.

Les chercheurs de Berkeley ont utilisé trois techniques utilisant le rayonnement X pour caractériser précisément la composition et le rôle des impuretés métalliques dans le matériau. La spectroscopie de fluorescence X a permis d'étudier la distribution spatiale des impuretés et l'étude des courants induits par faisceau de rayons X combiné à la micro spectroscopie d'absorptionabsorption a permis de dresser une carte de l'activité de recombinaison des porteurs minoritaires au niveau de chaque type d'agrégat métallique (impuretés de fer, cuivrecuivre et nickelnickel).

Les traitements thermiques mis en oeuvre ont permis d'obtenir un matériau dans lequel les agrégats sont de taille nanométrique (de l'ordre de la dizaine de nanomètresnanomètres) et présentent une densité spatiale réduite, ce qui permet d'améliorer d'un facteur 4 la longueur de diffusiondiffusion des porteurs minoritaires.

Ces performances peuvent être encore améliorées en ajoutant à ces recuits des traitements classiques comme le "gettering" et la passivation par l'hydrogènehydrogène. Ces progrès permettent d'espérer pouvoir utiliser pour l'industrie photovoltaïque des sources de silicium beaucoup moins purifié, dont la production est beaucoup plus massive que celle du silicium de qualité microélectronique et donc beaucoup moins coûteuse.