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Programme Interdisciplinaire ENERGIE
Colloque de Perpignan, 11-13 Déc. 2002 

Thématique PHOTOVOLTAIQUE 
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Sommaire
Contribution du PV aux objectifs généraux état
de lart des filières
Objectifs et Priorités à court, moyen et long
terme
Perspectives actions interdisciplinaires



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Vente mondiale de modules
400 MW en 2001, progression de 43 gt 1 GW
2005
Marché porteur ? toits PV au Japon 70
000 Allemagne 100 000 France 10 000

Source PV Energy Syst.Fev. 2002
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Production / matériaux
Technologies industrialisées 99,5 à base de
Silicium
sc-Si 32 mc-Si 49 a-Si
9,5 rub. Si 5 a-/c-Si 4
CIS/CdTe 0,5

Source PV Energy Syst., Fev. 2001
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Evolution des technologies
A. Goetzberger J. Luther, FhG-ISE (DE)
1ère Si massif sc/mc-Si
2ème couches minces a-Si, CIS, c-Si
organiques
3ème nouv. matériaux
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Avenir des 3 générations
I Silicium massif sc-Si et mc-Si II Films
minces Si, CIS et organiques III Nouveaux
matériaux et concepts
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Priorités du GAT PV
Contribution du PV aux objectifs généraux état
de lart des filières
Objectifs et Priorités à court, moyen et long
terme
Perspectives actions interdisciplinaires



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Objectifs et Priorités à court terme lt 5 ans
Filière silicium cristallin massif Diminuer
limpact de la matière première ? purification
du Si métallurgique par des techniques plasma ?
plaques minces ou rubans (30-150 µm), substrats
de type n ? sciage innovant électro-chimique
réduction des pertes en partenariat avec
PHOTOWATT et EMIX Systèmes multi-sources
intégration au réseau gestion intelligente des
systèmes hybrides modulaires


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Silicium multi-cristallin mc-Si
Objectifs 18 - 20 et 1 euro / W en 2007
(CNRS-CEA , EU) Verrou Matière première lt 10 du
coût
Succès du projet PV16 ADEME/CNRS PHOTOWATT

Action retenue ? plaques minces lt 150 µm
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Objectifs et Priorités moyen terme 5 à 15 ans

• Développement industriel des filières en couches
  minces ? procédés haut débit grandes surfaces
• ? rendements 12 à 15 en
  modules
• Si cristallin en couches minces
• cristallogénèse de gros grains
• quasi-mono de Si / transfert de sc-Si
• Couches minces a/pm/µc-Si
• transfert pm-Si vers industrie (FEE, SOLEMS,
  UNAXIS)
• nouv tandem Si/SiGe et Si/µcSi
• hétéro-structures (HIT) pour massif, ruban et
  films minces

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Si cristallin en couches minces

Source A. Slaoui, CNRS-PHASE

• Substrats céramiques mullite, SiSiC, SiN
• Grands grains ? - cristallisation induite par
  métaux
• - dépôts sur surface liquide
• - transfert de sc-Si

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Couches minces de a/pm/µc-Si
Technologies basse température sur substrats verre

• plusieurs choix de la couche active a-SiH,
• µc-SiH, pm-SiH
• structures tandem
• pm-SiH/pm-SiGeH
• une forte synergie
• avec CIS
• nombreux points communs
• ? substrats verre, couches dITO, gravure laser,

Source P. Roca, LPICM Ecole Polytechnique
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Objectifs et Priorités moyen terme 5 à 15 ans
Filières en couches minces alternatives (suite)
grandes surfaces et rendements 12 à 15 en
modules

• Couches minces chalcogénures (CIS)
• 2 voies électro-chimique et sèche
• pour les couches actives et couches tampon
• ? vers modules (30X30cm)
• Composants de puissance
• nouveaux concepts pour la connexion des cellules
  tandem du type pm-Si ou SiGe / CIS
  (technologies 3-4 fils)

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Couches minces alternatives CIS
Hétérojonctions en couches minces polycristallines
Les performances du Si cristallin au prix de
l'amorphe

• Electro-déposé Projet CISEL (en partenariat avec
  EDF et St Gobain)
• Co-évaporation Voie sèche, exploration de
  nouveaux composés
• Couches tampon sans Cd (In2S3 , ) études
  fond. interfaces

Source J.F. Guillemoles, LECA
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Composants de puissance

• Nouveaux concepts
• connexion des cellules tandem
• a-Si , pm-Si, µc-Si / SiGe
• a-Si , pm-Si, µc-Si / CIS
• CIGxS / CIGyS
• technologie à 3 ou 4 fils
• verrou ?
• dissociation du comportement électrique de chaque
  cellule

Source C. Alonso, LAAS Toulouse
C. Glaise, LEM Montpellier
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Objectifs et PrioritésLong terme (gt 15 ans)
Potentialités de nouveaux matériaux et
nouveaux concepts
Matériaux organiques Verrou ? augmenter la
stabilité ? Identification des matériaux
co-polymères, nouvelles molécules, dérivés des
fullerènes, pigments ? Couches actives réseaux
interpénétrés, films de Langmuir-Blodgett,
cristaux liquides ? Dispositifs rôle des
interfaces



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Composés organiques
? Polymères Etat de lart h 3
dérivés du fullerène C60

Source J.F. Nierengarten IPCMS, Strasbourg
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Objectifs et Priorités Long terme (gt 15 ans)
Nouveaux matériaux et concepts (suite)
Nouvelles structures tandem conversion par
luminescence multi-photons ? matériaux
composites matrice hôte modifiée par
lincorporation de nano-cristallites ?
nano-cristallites de Si et Ge, nano-particules
matrice et espèces minérales ou organiques
Composants de puissance ? intégration
de la conversion de puissance dans la cellule



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Concepts à explorer
Cellules de 3ème Génération

• Structure à  porteurs chauds 

• luminescence 
• multi-photons

nano-particules minérales (Si, Ge, ) ou
organiques

• Structure à  forte absorption 

plots (QD) et puits quantiques,
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Perspectives
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Actions interdisciplinaires

• GAT 5 Gestion de lélectricité
• PRI 5.2Etudes des transferts dénergie dans les
  réseaux
• ? gestion intelligente des systèmes hybrides
• GAT 6 Habitat
• PRI 6.2Intégration de capteurs hybrides
  photovoltaïques - thermiques au bâti
• ? avenir du thermo-photovoltaïque pour
  lhabitat isolé ?
• GAT 7 Solaire thermique
• PRI7.2Production dHydrogène par énergie
  solaire
• ? énergie solaire pour la purification du Si
• GAT 12 Socio-économie gt acceptabilité du PV

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Structure du GAT PV

• GAT  Cellules photovoltaïques du futur
  
• Représentants daxes 
• Silicium cristallin massif et en couche minces 
• C. Lévy-Clément, A. Slaoui
• Couches minces a-Si / µc-Si et chalcogénures 
•  P. Roca, J.F. Guillemoles
• Nouveaux systèmes hybrides intelligents 
• C. Alonso, C. Glaize
• Composés organiques et nouveaux concepts 
• J.F. Nierengarten, D. Mencaraglia
• Membres experts invités 
• B. Equer, A.Laugier, S.Martinuzzi, Y.Marfaing
  et J. Perrin
• Membres extérieurs au CNRS
• A.Claverie - Ademe, D.Sarti - C Jaussaud -CEA,
  D. Mayer - Armines,
• R. Seler - EDF, LE Q Nam - Photowatt, H.
  Arribart - St Gobain,
• D. Landaud - Emix, P. Van der Vleuten - FEE

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Implantation Géographique
Si massif TECSEN, EPM, PHASE, LCMTR, LMP,
INSA-LPM, LPSC, LGPPTS, IMP Si couches minces
LPICM, LPTP, LPMC, LGEP, DPM, GREMI, LPST CIS
LECA, IREM, LGEP CEM2,CEF, LPLE,
LIMHP Organique IPCMS, LEPCS, POMA, IMMO,
CRPP, LGET, UMOP, CP, PCP, LEPMI, LIMBP, LCCO,
ECPM, PHASE, LGEP Nouveaux concepts CRHEA,
EM2C, ICMCB, LET, LCOO, LCAES, UTMB-GRN Systèmes
LAAS, LEEI, GREAH, SPE, LEM