Source: britannica.com
Cellule solaire CIGS, une cellule solaire à couche mince qui utilise des couches semi-conductrices de séléniure de cuivre indium gallium (CIGS) pour absorber la lumière solaire et la convertir en électricité. Bien que les cellules solaires CIGS soient considérées aux premiers stades de la commercialisation à grande échelle, elles peuvent être produites en utilisant un processus susceptible de réduire les coûts de production des dispositifs photovoltaïques. À mesure que les performances, l'uniformité et la fiabilité des produits CIGS s'améliorent, la technologie peut potentiellement accroître considérablement sa part de marché et devenir éventuellement une technologie «perturbatrice». De plus, compte tenu des risques liés à l'extraction et à l'utilisation de cadmium, les cellules solaires CIGS posent moins de problèmes de santé et d'environnement que les cellules solaires à tellurure de cadmium avec lesquelles elles entrent en concurrence.
Les cellules solaires CIGS sont constituées d’un film mince de séléniure de cuivre indium et de séléniure de cuivre gallium et d’une quantité infime de sodium. Ce film CIGS agit en tant que semi-conducteur à bande interdite directe et forme une hétérojonction, car les bandes interdites des deux matériaux différents sont inégales. La cellule à film mince est déposée sur un substrat, tel qu'un verre sodocalcique, un métal ou un film de polyamide, pour former le contact de surface arrière. Si un matériau non conducteur est choisi pour le substrat, un métal tel que le molybdène est utilisé comme conducteur. La surface frontale de contact doit pouvoir conduire l'électricité et être transparente pour permettre à la lumière d'atteindre la cellule. Des matériaux tels que l'oxyde d'étain d'indium, l'oxyde de zinc dopé ou, plus récemment, des films organiques perfectionnés à base de carbone nanotechnologique sont utilisés pour fournir ce contact ohmique.
Les cellules sont conçues pour que la lumière pénètre par le contact ohmique frontal transparent et soit absorbée par la couche CIGS. Des paires électron-trou sont formées. Une «région d'appauvrissement» est formée au niveau de l'hétérojonction des matériaux de type p et n de la surface dopée au cadmium de la cellule CIGS. Cela sépare les électrons des trous et leur permet de générer un courant électrique (voir aussi cellule solaire). En 2014, des expériences en laboratoire ont produit une efficacité record de 23,2% avec une cellule CIGS à structure de surface modifiée. Cependant, les cellules commerciales CIGS ont des rendements inférieurs, la plupart des modules atteignant environ 14% de conversion.
Au cours du processus de fabrication, le dépôt de films CIGS sur un substrat est souvent effectué sous vide, en utilisant un procédé d'évaporation ou de pulvérisation cathodique. Le cuivre, le gallium et l'indium sont déposés à leur tour et recuits avec une vapeur de séléniure, ce qui donne la structure finale du CIGS. Le dépôt peut se faire sans vide, en utilisant des nanoparticules ou par galvanoplastie, bien que ces techniques nécessitent davantage de développement pour être économiquement efficaces à grande échelle. De nouvelles approches sont en cours de développement, qui ressemblent davantage aux technologies d'impression à la fabrication traditionnelle de cellules solaires au silicium. Dans un processus, une imprimante dépose des gouttelettes d'encre semi-conductrice sur une feuille d'aluminium. Un processus d'impression ultérieur dépose des couches supplémentaires et le contact frontal au-dessus de cette couche; la feuille est ensuite coupée en feuilles.
Les cellules solaires CIGS peuvent être fabriquées sur des substrats flexibles, ce qui les rend adaptées à une variété d'applications pour lesquelles les systèmes photovoltaïques cristallins actuels et d'autres produits rigides ne conviennent pas. Par exemple, les cellules solaires flexibles CIGS offrent aux architectes un plus grand éventail de possibilités en termes de style et de design. Les cellules solaires CIGS représentent également une fraction du poids des cellules en silicium et peuvent être fabriquées sans verre pour résister aux chocs. Ils peuvent être intégrés à des véhicules tels que des semi-remorques, des avions et des voitures, car leur profil bas minimise la résistance à l'air et n'augmente pas le poids de manière significative.