Des cellules photovoltaïques hétérojonction ultra-fines pour le spatial

Depuis le début des années 2000, le secteur de l’exploration spatiale se transforme. On parle de « new space » : le passage d’une initiative publique avec des agences dirigées par des gouvernements, à une industrie d’initiative privée recherchant un accès à bas coût aux activités dans l’espace.

La course à la baisse des coûts pour les générateurs solaires spatiaux (constellations) et pour les applications photovoltaïques de haute atmosphère est désormais lancée.

Les technologies photovoltaïques silicium ne sont pas nouvelles dans le domaine. Ce sont elles qui ont permis le développement de la conquête spatiale, depuis le satellite Vanguard 1 lancé en 1958 jusqu’à la plus grande installation photovoltaïque en orbite : la station spatiale internationale. Au début du XXIème siècle, les cellules à base de matériaux III-V les ont remplacées devenant progressivement la référence premium du domaine. Ces cellules III-V offrent en effet des performances et une longévité accrues en environnement spatial.

Le silicium photovoltaïque a lui continué à se développer à un rythme accéléré sur terre avec: des volumes de production exponentiels, une baisse drastique des coûts, une amélioration significative des rendements de conversions, la maturité industrielle, etc.

Aujourd’hui, face au besoin de puissance photovoltaïque croissant et à bas coût des constellations de satellites en orbite basse, le photovoltaïque silicium revient logiquement au centre des attentions.

Pour bénéficier des progrès du photovoltaïque terrestre, l’enjeu est donc d’adapter intelligemment ces technologies silicium pour le spatial et/ou la stratosphère. Au menu : amincissement des cellules, modifications marginales, et à coûts maitrisés, de l’architecture et des procédés de fabrication, dans le but d’augmenter la résistance à cet environnement spécifique (irradiations, UV, températures extrêmes).

Dans ce contexte, et avec le support du CNES, le CEA à l’INES étudie et développe les technologies de cellules modernes silicium hétérojonction pour les applications spatiales. Des résultats prometteurs confirment la pertinence de cette approche : des cellules ultrafines (60µm soit l’épaisseur d’un cheveu) combinant gain de masse (elles sont 3 fois plus légères que le standard) et flexibilité, ont été réalisées avec les moyens de production du photovoltaïque terrestre.

Les performances sont au rendez-vous pour ces cellules silicium hétérojonctions ultrafines, avec un rendement de conversion obtenu de 22% mesuré sous spectre AM1.5g. Les tests de résistance à l’environnement spatial sont en cours, ainsi que les prochains développements pour rendre ces cellules encore plus robustes. Stay tuned ! ;)