" Le photovoltaïque : avancées en cours" Daniel Lincot Directeur Scientifique, IPVF

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1 " Le photovoltaïque : avancées en cours" Daniel Lincot Directeur Scientifique, IPVF Groupe énergies renouvelables et stockage de 4 et 5 10 Octobre 2016 IFP Rueil Malmaison

2 Etat des lieux du prix des modules rendement des modules (EPIA 2014) Politiques + de + Soutien (XXX 2014) Développement du marché Fraunhofer

3 Source :European Photovoltaic Industrial Association 2014

4 La recherche pour la compétitivité Le LCOE actuel est de $/MWh (hors coûts système électrique) Cible compétitivité pays non OCDE : ~ 65$/MWh Cible compétitivité pays OCDE :~ 45$/MWh Scenario AIE hi-ren Limitation +2 C 2050 : 4600 GW électriques 16% de la production mondiale Besoins d efforts de Recherche importants 4

5 L IPVF en Bref Le Positionnement 150 MILLIONS DE BUDGET DE LANCEMENT 200 CHERCHEURS A TERME Recherche amont pour les futures générations de dispositifs Ancrage industriel fort Les Membres Fondateurs SAS IPVF crée en avril M 2 DE LOCAUX DEDIES Un Institut pour la Transition Energétique Convention signée le 29 octobre

6 Les ambitions Devenir l un des principaux centres mondiaux de recherche, d innovation et de formation sur le photovoltaïque Fédérer les efforts de recherche d industriels actifs sur le marché et d académiques porteurs de compétences au niveau mondial Se positionner sur la recherche amont pour les futures générations de dispositifs avec un ancrage industriel fort. 6

7 Les moyens Un programme scientifique Une plateforme de recherche expérimentale Une communauté de chercheurs Une organisation partagée 7

8 La Bâtiment IPVF M 2 DE LOCAUX 200 BUREAUX M 2 DE LABORATOIRE 8

9 La ressource primaire 9

10 Le principe de la conversion photovoltaïque Si dopé P (B) Si dopé N (P) I = I 0 [exp (qv/nkt) 1] - I L I obscurité Vco Eg/q 0 V point de fonctionnement illumination Icc P m 1 Rendement quantique = e - produit / photon mn λg Longueur d onde 10

11 Evolutions comparées des rendements Limites pratiques des cellules solaires classiques : autour de 30 % Limite de Schockley Queiser Mono- Si (26,3%) Poly-C Si (21,3%)% Mono-C GaAs 28,8% CIGS (22,6%) CdTe (22,2%) asi (13,6%) 11

12 Structure des cellules record au silicium 12

13

14 Les différentes filières photovoltaïques actuelles Cellule en couches minces 10% 90%

15 Rendement théorique d une cellule monojonction Russell M., Geisthardt, Marko Topic and James R. Sites IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, VOL. 5, NO. 4, JULY

16 Rendement théorique de la conversion photovoltaïque L.C. Hirst et al. Progress in Photovoltaics 2011; 19: Limite théorique T R BC, LUMO BV, HOMO The conversion efficiency limit For a single junction Schockley Queisser T : perte d énergie par thermalisation R : perte d énergie par recombinaison 16

17 Un concept établi : les multijonctions 17

18 Exemples de structures actuelles : Silicium + GaAs Mechanical stacking: Direct wafer bonding : Epitaxial growth ( C): GaAs (1.4 ev) GaInP (1.8 ev) AlGaAs (1.6eV) GaInP GaAs AlGaAs (1.6eV) Si Si Si Si Si η = 29.6% (x350) T. Soga et al. J. Cryst. Growth 1997 η = 29.8% (x1) S. Essig et al. IEEE JPV 2016 η = 25.2% (x1) K. Tanabe et al. Sci. Rep η = 25.2% (x1) η = 30.0% (x112) S. Essig et al. IEEE JPV 2015 η = 21.4% (x1) T. Soga et al. J. Cryst. Growth 1997 Autres combinaisons possible : Silicium + pérovskite hybride Silicium + CIGS CIGS + Pérovskite hybride Silicium + Nouveaux concepts 18

19 L irruption des cellules organiques et hybrides : le phénomène pérovskite Préparation à basse température ,1 % Perovskites Hybrides Instables D.Lincot, Collège de France, COP 21,

20 Exemple de jonction supérieure à base de pérovskites PbCH 3 NH 3 I 3 Mixed anions : Brome Iode Mixed cations : FA, MA Direct Jsc = 20.8 ma.cm -2 Voc = V Eff = 14.5 % FF = 70.5 % 18.5 ma.cm -2 Reverse Jsc = 20.8 ma.cm -2 Voc = V Eff = 12.5 % FF = 62.6 % 20

21 Nouveau concept: Conversion de photon Down Conversion Up Conversion Preuve expérimentale Laser infra rouge Lumière visible 21

22 L initiative Un point de passage partagé avec des représentants des plus grands centres de recherche internationaux : Vers des modules photovoltaïques avec un rendement > 30% pour un prix < 30c$/Wc à l horizon

23 Vers les : le programme scientifique de l IPVF Programme I Filière Silicium Programme V Economie & Environnement Programme II Filière Couches Minces Chalcogénures 2 programmes transverses 3 programmes technologiques Programme IV Caractérisation Avancée Théorie & Modélisation Programme III Très Hauts Rendements & Nouveaux Concepts 23

24 Merci de votre attention 24

25 Etat de l art recherche PV 25

26 Average Module Efficiency 26

27 Exemple of CdTe from First Solar 2016 : 16 % 27