Intitulé du projet : Innov`PV-LR Innovations dans le - 3S-en-LR

Intitulé du projet : Innov’PV‐LR Innovations dans le domaines de la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire en Languedoc‐
Roussillon Partenaires SATT Ax’LR, Pôle de compétitivité : DERBI Laboratoires : PROMES (porteur du projet), IES (PROMES et IES sont partenaires du labex SOLSTICE), IEM et Unité Mixte Internationale LN2 (France‐Québec) Industriels : SEMCO Engineering, Irysolar Heliotrop, Eolane, GMD, Idhelio Bref descriptif du projet Ce projet vise à développer en région Languedoc‐Roussillon des innovations dans le but de réduire le coût de production de l’électricité Photovoltaïque et de développer les compétences industrielles spécifiques (originales) dans deux domaines complémentaires de la conversion PV : (1) le développement de nouveaux réacteurs et procédés de dépôts de couches minces bas coût, de nouveaux matériaux et de nouveaux dispositifs. (2) Le développement de systèmes avancés de conversion photovoltaïque à très haut rendement de conversion, utilisant l'énergie solaire fortement concentrée (>> 1000 soleils) et/ou combinant conversion photovoltaïque de l'énergie solaire concentrée et récupération de l'énergie dissipée sous forme de chaleur. 1‐ Couches minces plasma PV (CMP‐PV) L’objet du projet est le développement de nouveaux réacteurs et procédés de dépôts de couches minces bas coût, de nouveaux matériaux et de nouveaux dispositifs pour optimiser la conversion de l’énergie solaire. Il se base sur l’expérience des différentes équipes de recherche de la région Languedoc Roussillon dans les domaines du photovoltaïque silicium cristallin et couches minces, des absorbeurs thermiques et des revêtements photo‐catalytiques solaires. Quelle que soit la méthode de transformation de l’énergie solaire, les matériaux en couches minces peuvent permettent d’accroitre l’absorption de l’énergie du soleil et le rendement de conversion en énergie thermique, électrique et/ou chimique. Aujourd’hui, chaque filière développe ses propres matériaux et méthodes de dépôt. Ce projet vise à capitaliser sur l’ensemble du savoir acquis dans chacune des filières solaires pour, d’une part concevoir des dispositifs originaux alliant différentes fonctions, et d’autre part trouver des façons de les réaliser en minimisant le coût de production. Ainsi ce projet vise à développer des matériaux innovants en couches minces, pour optimiser le rendement de transformation énergétique de la lumière captée, en optimisant les plages d'utilisation du spectre solaire (couches nanostructurées, dopées…), en limitant les pertes (couches sélectives, conductrices optiquement transparentes, passivantes, antireflet…), en maximisant la conversion (couches à gap variable, conductrices…). Pour cela, le projet a aussi nécessairement pour objectif de développer des réacteurs pilotes afin de réaliser des dispositifs ou des couches sur des démonstrateurs de dimensions suffisantes pour valider la faisabilité industrielle avant d’envisager le transfert technologique, en particulier chez SEMCO Engineering. 2‐ Haute concentration PV (HC‐PV) L'utilisation de très hautes concentrations est une voie de réduction importante des coûts de l'électricité produite, par la minimisation de la part élevée des cellules multijonctions dans le coût du dispositif et la possibilité d'augmentation du rendement de conversion inhérent à l'augmentation de la densité de flux solaire. La cogénération électricité‐chaleur à partir d'un système "CPV‐T" permet quant à elle d'envisager des rendements globaux de conversion de l'énergie solaire très élevés et constitue une solution plus robuste et plus flexible lorsque la demande utilisateur concerne à la fois l'électricité et la chaleur basse température (cogénération). Des avancées scientifiques et technologiques importantes sont escomptées concernant notamment: ‐ De nouveaux concepts de cellules solaires multijonctions très haut rendement (utilisant par exemple des antimoniures) adaptées aux fortes concentrations ‐ La gestion optimale de l'énergie dissipée sous forme de chaleur (récupération, refroidissement) ‐ De nouveaux convertisseurs de puissance intégrés aux systèmes ‐ Le développement d'optiques à faible coût pour les fortes concentrations ‐ Le packaging des cellules solaires (intégration sur récepteur, dissipateur,…) Bref argumentaire : Le projet « CMP‐PV » est basé (i) sur les compétences de l’IEM et de PROMES en dépôt de couches minces à partir de précurseurs organosiliciés ou de nanopoudres jusqu’alors peu utilisés dans le domaine du solaire parce qu'historiquement influencé par les techniques issues de la microélectronique (ii) sur les plateformes de caractérisations (iii) sur les compétences de PROMES en méthodes de dépôt de couches minces par plasma qui comprennent, des plasmas à la pression atmosphérique adaptés au dépôt en continu à l’utilisation de précurseurs gazeux, liquides, solides, ce qui ouvre de nombreuses voies, des plasmas haute densité développés pour accroitre la vitesse de dépôt avec ces mêmes précurseurs , de la pulvérisation magnétron de cibles réalisées par solgel, solution simple pour nano‐structurer le dépôt et contrôler finement le gap des matériaux. L’ensemble de ce savoir et de ce savoir‐faire des laboratoires en procédé de dépôt et en réacteur est directement valorisé puisqu’il est en adéquation, en particulier, avec le domaine d’activité de SEMCO Engineering et d’IRYSOLAR. Les compétences en caractérisation des dispositifs des équipes de PROMES et de l’IES sont aussi largement utilisées dans ce projet. En ce qui concerne le projet « HC‐PV », la conversion photovoltaïque sous concentration (CPV) est l'une des filières photovoltaïques d'avenir pour les régions à très fort ensoleillement. Le CPV est en effet la technologie qui offre aujourd'hui les meilleurs rendements de conversion de l'énergie solaire en électricité (44% au niveau de la cellule solaire, 34% au niveau des modules). Les coûts de production de l'électricité CPV sont aujourd'hui encore un peu supérieurs à ceux des 2 principales filières PV (Si et couches minces), mais l'augmentation constante et importante des rendements devrait conduire rapidement à rendre la technologie CPV aussi compétitive que ses 2 concurrentes. Le laboratoire PROMES est l'un des rares centres de recherche disposant des moyens d'étudier la conversion PV sous très forte concentration (jusqu'à 10000 soleils). L'IES de Montpellier et l'UMI LN2 sont capables de réaliser des cellules multijijonctions à base de matériaux III‐V Les installations solaires uniques utilisées par PROMES (four solaire d'Odeillo et centrale Thémis à Targassonne) ainsi que les démonstrateurs installés sur la plateforme de Thémis (CG66) en partenariat avec le pôle DERBI font de la région Languedoc Roussillon et de la Cerdagne un site phare pour la R&D en solaire concentré en France et en Europe. Le site de Thémis accueille déjà un démonstrateur CPV de 160 kWc de technologie Soitec. Un autre projet de plus forte puissance est en cours de préparation La société Heliotrop, partenaire de ce projet ainsi qu'Eolane et GMD ont pour objectif le développement industriel d'une technologie HCPV innovante à haute concentration (1024 soleils) dans le cadre d'une AMI de l'ADEME dont PROMES est partenaire. Les solutions développées dans le cadre de ce projet permettront la conversion de l'énergie solaire concentrée pour la production d'électricité ou la cogénération d'électricité et de chaleur avec des rendements extrêmement élevés.