C’est à Chambéry, au cœur des montagnes savoyardes et près du lac du Bourget, que se niche l’un des fleurons de la recherche sur l’énergie solaire : l’Institut national de l’énergie solaire (Ines), regroupant des équipes du CEA et de l’université Savoie Mont Blanc. Le CEA dispose d’équipements de pointe au sein de la plateforme Recherche et innovation. Avec une particularité, comme l’explique Delphine Cherpin, adjointe au chef du département technologies solaires du CEA-Liten : « Nous ne faisons de la recherche que sur des procédés qui pourront passer à l’échelle industrielle. Cette dimension d’industrialisation est essentielle pour nous. »
Le lieu phare de cette plateforme est le labfab, doté d’équipements industriels de fabrication de cellules photovoltaïques de type silicium. « Nous intégrons différentes générations d’équipements incluant des automatisations avec des cadences industrielles (1 200 plaques par heure en 2012, 2 400 en 2016). Et nous développons des recettes de fabrication compatibles avec la production actuelle à très haute cadence. » Grâce à cette approche, « nous pouvons tester une innovation ou un procédé proches d’une unité industrielle, ce qui rend plus sûr le transfert de technologie vers les entreprises possédant des équipements similaires », met en avant Delphine Cherpin.
Une ligne pilote complète
Les wafers de silicium subissent les mêmes traitements que dans les usines. Cela commence par des bains chimiques pour nettoyer les traces de découpe, puis pour créer des microstructures pyramidales à la surface afin de faciliter la capture des photons. Ensuite, selon les technologies, on dépose des couches de silicium amorphe ou polycristallin. La sérigraphie à la pâte d’argent, qui permet au courant de circuler, termine le processus. « La principale différence avec un procédé industriel est que notre ligne est bien plus modulable – nous avons par exemple davantage de bains chimiques – car nous faisons avant tout de la recherche. Nous avons besoin d’une plus grande flexibilité », détaille la spécialiste. Les résultats sont là : les chercheurs du CEA ont produit des cellules à hétérojonction de taille standard (244 cm²), avec un rendement de 25%.
Plus loin, dans un vaste laboratoire, on prépare le coup d’après, notamment les cellules tandem pérovskite-silicium. « Cette installation est l’équivalent d’un fablab, mais à l’échelle du laboratoire, avec une grande variété d’équipements et de technologies », résume Delphine Cherpin. « Ici, nous travaillons seulement sur quelques plaques, en cherchant à atteindre le plus vite possible des tailles standard et des procédés compatibles avec le passage à l’échelle », précise Solenn Berson, ingénieure chercheuse au CEA. Dans une salle dédiée aux pérovskites, deux points critiques sont étudiés : les procédés grande surface pour le dépôt de la couche de pérovskite et la stabilité de la cellule dans le temps. Avec en ligne de mire, toujours, l’industrialisation.
