Le sigle CIGS (pour «cuivre, indium, gallium et sélénium») sert à désigner à la fois :

• une technique d'élaboration des cellules photovoltaïques
• le matériau semi-conducteur fait d'un alliage servant à réaliser ces cellules^[1].

Dans l'alliage CIGS, la concentration d'indium et de gallium peut fluctuer du séléniure de cuivre et d'indium pur à du séléniure de cuivre et de gallium pur. C'est un semi-conducteur à structure de chalcopyrite.

L'alliage CIGS entre essentiellement dans la fabrication d'une cellule solaire utilisée sous forme d'une couche mince polycristalline. Comme dans les cellules de première génération issues du silicium elles utilisent le principe de la jonction PN, La différence étant que la structure du CIGS forme une jonction complexe constituée de matériaux de nature différentes (hétéro-jonction) de type CIGS (p) /CdS (n) /ZnO (n) dans les systèmes a plus haut rendement. La communauté scientifique travaille depuis déjà quelques année au remplacement du la couche de CdS par un film plus ecologiquement compatible ne contenant plus de cadmium, les matériaux les plus prometteurs étant les composées (Zn, Mg) (O, S) ou a base de sulfure d'indium.

Les couches CIGS peuvent être réalisées par différentes méthodes :

• Le procédé le plus commun consiste à co-évaporer (par voie physique), sous vide, du cuivre, du gallium et de l'indium en surpression de sélénium

• Un autre procédé, ne faisant pas appel à la technologie du vide, consiste à «étaler» des nanoparticules des matériaux précurseurs sur le substrat et de les fritter ou co-fritter.

Les cellules CIGS peuvent par conséquent être fabriquées directement sur un substrat en verre, de façon particulièrement économique. Il existe au début du XXI^e siècle une demande pour le silicium qui excède l'offre, en particulier en matière de silicium pour le photovoltaïque, ce qui incite au développement de technologies alternatives.

Les rendements records obtenus avec cette technologie sont de 20% pour une cellules solaires d'à peu près 0.5 cm²2 (NREL, USA), 16.6% pour un minimodule de 16 cm²2 (ASC Uppsala Suede) et de 13, 5% pour les modules industriels (Showa Shell).

Structure d'une cellule à couche mince CIGS

La structure de base dune cellule solaire à couche mince CIGS (Cu (In, Ga) Se2) est représentée sur l'image de droite. Le substrat le plus commun est un verre de silicate sodocalcique d'1 à 3 mm d'épaisseur. Ce dernier est recouvert sur un côté de molybdène (Mo) servant de contact arrrière métallique. L'hétérojonction est constituée entre les semiconducteurs CIGS et ZnO, avec une fine couche d'accord interfacique de CdS et de ZnO intrinsèque. Le CIGS a un dopage de type p provenant de défuats intrinsèques, tandis que le ZnO est de type n grâce à l'incorporation d'aluminium (Al). Ce dopage assymétrique est à l'origine de la région de charge d'espace qui couvre davantage dans le CIGS que dans le ZnO. La couche de CIGS sert d'absorbeur avec une énergie de bande interdite de 1.02 eV (CuInSe2) ou de 1.65 eV (CuGaSe2). L'absorption est minimiséedans les couches supérieures, nommées fenêtre, par le choix d'énergies de bande interdite plus élevées : Eg, ZnO=3.2 eV and Eg, CdS=2.4 eV. Le ZnO dopé sert aussi de contact face avant pour la collection de courant. Les systèmes expérimentaux, typiquement d'une surface de 0.5 cm² présentent une grille de Ni/Al déposée sur la face avant pour contacter le ZnO.

Histoire

Des fonds d'investissement ont injecté presque 400 millions US dans plusieurs projets CIGS, parmi lesquels on retrouve :

Des groupes pétroliers, les fabricants d'automobiles et les fabricants de matériaux pour l'habitation venant renforcer la crédibilité de ces nouvelles technologies.

Il est prévu qu'en 2010 la production de cellules en technologie couches minces (dont CIGS) représente 20% de la production totale de cellules photovoltaïques.

Voir aussi

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