The creation of the Institut Photovoltaïque Ile de France (IPVF) An Opportunity for International Collaborations Daniel LINCOT

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1 YESS 2012, Berkeley, March 2012 The creation of the Institut Photovoltaïque Ile de France (IPVF) An Opportunity for International Collaborations Daniel LINCOT Institut de recherche et de développement sur l énergie photovoltaïque (IRDEP-UMR 7174 CNRS-EDF-Chimie Paristech) fedesol-cnrs.fr D. Lincot, symposium Yess 2012

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3 New Concepts? Dye Cells CuInSe2 Silicon

4 1839 E. Becquerel Le découvreur 1877 W.G. Adams & R.E. Day Cellules Se 1% Chapin &Fuller &Person Si(6%) Source : J.C. Muller

5 Premier Satellite Alimenté par des cellules photovoltaîques Vanguard, USA, 1958 Photos: J. Wanegue

6 Photo : J.J. Wanegue 2010 SunPower 2011 : Association with Total

7 LPS (CdTe,Si, asi Marfaing, Rodot, Cohen Solal, Dixmier Mosseri..) PMC-LPICM (asi, Solomon, Equer, Roca ) LPSES (III-V, Verié), ENSCP (Cu2S/CdS, Vedel)..

8 Main PV Research Groups & Activities ( in 2005) Nantes LAMP : CIS IMN : CIS, new concepts Angers POMA : Organics Bordeaux PIOM : organics CRPP: Organics Poitiers LMP : Si Paris area LPICM : a Si, mc Si LGEP : a Si, CIS ENSCP : CIS, Si, new concepts IREM : CIS IRDEP : CIS, new concepts EDF: CIS new concepts LPSC : Si, CIS LCMTR : Si, new concepts CEA Saclay : organic Saint Gobain : CIS Toulouse LCC : organics LGET : Organics Limoges UMOPS : organic CEA: organic EMIX :Si Montpellier Semco Strasbourg INEss : Si, new concepts University Pasteur : Organics St Etienne Mines : Si Lyon IINL: Si Photowatt: Si Marseille TECSEN: Si Fresnel : Organics Grenoble area EPM : Si INPG : Si EPM :Si CEA L2C: Si CEA Genec : Si CEA LEM: Organics CEA LITEN INES Sofia Armines

9 First examples of integrated centres Not present in France before as Fraunhofer, ZSW, HMI in Germany, NREL,IEC in USA 1980 LPS Bellevue (CdTe) LEAA (Cu 2 S) Important colaborations with USA EDF ENSCP CNRS CEA Univ. Savoie, CSTB, Rhone Alpes 2003 : CISEL Platform 2003 : Si Platform 2005: IRDEP(Chatou)) 2005 INES (Chambery) Institute for Research and Development of Photovoltaic Energy -Thin film PV (CIS) (electrodeposition) -New Concepts (VHE) National Institute of Solar Energy - c-si -Organic and Hybrid PV -Training

10 2011

11 New context for PV - Grenelle de l Environnement (2006) - Creation of the National Research Agency (ANR) Programme : Investments for the Future

12 ANR Programs in Photovoltaics Rendement de conversion % Limite thermodynamique New Concepts Very High Efficiencies 7 projets Limite simple jonction New Concepts Organic PV 11 projets Thin Film Si 6 projets Thin film CIGS 5 projets Coût en Euro/m 2 Crystalline Si 16 projets Photovoltaic Systems 11 projets 56 collaborative projects out of 156 propositions, 46,9 M

13 L Institut Photovoltaïque d Ile de France - IPVF 2009 First discussions: EDF, Total, LPICM, IRDEP, Advancity, Region Ile de France 2010 Call for Investissements d Avenir Excellence Institutes in non Carboneous Energies (IEED) March 2012 : Final selection of the project

14 Official decision : 15th March 2012 IPVF aims to become one of the top institute on advanced and next generation PV devices

15 Scientific Program Silicon technologies Chalogenide thin film solar cells : CIGS, CZTS New Concepts Caracterisation, theory, modelling

16 Education Graduate and post graduate studies Creation of the International Master Renewable Science and Technology (REST)

17 Strategic research roadmap of IPVF

18 Research System Collaborative research programs Interaction fundamental research and industrial innovation Public Private partnership International collaborations Academic partners : IRDEP, LPICM & Research federation

19 Dr Larry Kazmersky, NREL, USA

20 CNRS Research Federation of IPVF 1/09/ /08/2014 Directeur D. Lincot (IRDEP), Directeur Adjoint P. Roca (LPICM) Between L Institut de recherche et développement sur l énergie photovoltaïque (IRDEP), UMR 7174 CNRS-Chimie Paristech-EDF, Chatou Le Laboratoire de Physique des Interfaces et Couches Minces (LPICM)*, UMR CNRS-Ecole Polytechnique Paristech, Palaiseau Le Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP), UMR 8507 CNRS-Supelec-Paris 11- Paris VI, Gif sur Yvette Le Laboratoire de Photonique et Nanostructures (LPN) UPR 20- CNRS, Marcoussis L Institut Lavoisier de Versailles (ILV) UMR CNRS-UVSQ, Versailles. Institut des Matériaux de Nantes (IMN :CNRS, Nantes University) Institut Electronique des Solides et des Systèmes (INESS : CNRS, Strasbourg Uni.)

21 Journée scientifique 14 février

22 D. Lincot, Colloque Energies Solaires CNRS, 17 octobre 2011,T25

23 Cellules solaires à base de nanofils: forte absorption avec c-si mince Production en une seule étape sous vide (a) (b) Sn 1nm ZnO:Al Verre Corning H 2 plasma Formation de gouttes Sn ZnO:Al Verre Corning ITO N-aSi:H I-aSi:H P-SiNW (c) d) Croissance nanofils type P (d) ZnO:Al Verre Corning ITO / N+ a-si:h / i a-si:h dépôt conforme ZnO:Al Verre Corning L approche pour les cellules 2.5 cm de troisième génération? D. Lincot, Colloque Energies Solaires CNRS, 17 octobre 2011, T26

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26 L approche multijonctions Rendement record : 43,5 % (2011)

27 La conversion de photons Collaboration avec LCAES, Chimie paristech Fabienne Pellé E r oxides, fluorides Rare earth doping (ex: NaYF 4 ) Y b * Y b * Y b E r Y b

28 Luminescence power, mw Luminescence power, mw 978 nm 978 nm 978 nm 380 nm 408 nm 550 nm 660 nm 978 nm E, 10 3 cm -1 4 G 11/2 Er 3+ W NR Yb G(H) 11/2 Result Highlight Conversion 1.53 µm 1µm F 5/2, 4 F 3/2 4 F 7/2 4 S 3/2, 2 H 11/2 4 F 9/2 4 I 9/2 4 I 11/2 2 F 5/2 4 I 13/2 JF Guillemoles (IRDEP) In collaboration with F. Pellé (LCMCP) I 15/2 Exc. Luminescence Yb-Er ET 2 F 7/ Fluoride glass: ZBLAN:Er 3+ (2%) Fluoride ZBLAN:Er glass: Er 3+ 5% (5%) pump x5 140 x H11/2 4 I 15/2 4 S3/2 4 I 15/2 4 I15/2 4 4 F9/2 I 15/2 4 4 I9/2 I15/2 4 4 S3/2 I 13/2 4 I11/2 4 I15/2 4 I13/ Wavelength, nm Wavelength, nm G9/2 I15/2 2 4 H11/2 I 15/2 4 S3/2 4 I 15/2 4 I15/2 4 4 F9/2 I 15/2 4 4 I9/2 I15/2 4 4 S3/2 I 13/2 4 I11/2 4 4 I13/2 I15/2 pump

29 Premiers résultats JF Guillemoles, IRDEP, Fabienne Pellé LCAES

30 Les cellules à porteurs chauds JF Guillemoles, IRDEP (CNRS-EDF-Chimie Paristech), 5th June

31 Thanks for your attention IPVF Saclay, 2013

32 D. Lincot, Colloque Energies Solaires CNRS, 17 octobre 2011, T18 (IPVF, INES,THEMISOL)

33 D. Lincot, Colloque Energies Solaires CNRS, 17 octobre 2011, T19

34 Coord. D. Lincot IRDEP Coord. B. Drevillon LPICM D. Lincot, Colloque Energies Solaires CNRS, 17 octobre 2011, T21

35 D. Lincot, Colloque Energies Solaires CNRS, 17 octobre 2011, T24

36 Synergies inter-filières CIS D. Lincot Photonique et Nanostructures J.L. Pelouard Chimie des matériaux et Interfaces A. Etcheberry Physique des dispositifs J.P. Kleider Théorie & Modélisation J.F. Guillemoles J.P. Kleider Cellules CIGS à très haut rendement (> 20%), multijonctions Cellules CIGS Ultra-fines, bas coût, substrats souples et légers Nouveaux matériaux chalcogénures abondants ( Cu2SnZnS4) Si P. Roca Organique Y. Bonassieux Cellules PIN avec un rendement stabilisé > 10% Cellules tandem avec un rendement de 15% Multijonctions avec des couches eptiaxaiés (Si,Ge,C,..) > 30% Cellules nanostructurées hybrides inorganique/organique(10%) Cellules nanostructurées tout organique Photovoltaïque moléculaire Nouveaux Concepts Très hauts rendements J.F. Guillemoles Rendement > 50 % Up conversion & down conversion Cellules à porteurs chauds, Photovoltaïque de spin Synergies inter-compétences