Voir la source de Cellule solaire en couche mince

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| footer = Les cellules solaires à couches minces, une deuxième génération de [[cellules solaires]] (PV) [[photovoltaïques]] :
* En haut : des laminés de [[silicium en couche mince]] installés sur un toit.
* Au milieu : [[cellule solaire CIGS]] sur un support plastique flexible et panneaux rigides [[photovoltaïques en tellurure de cadmium|CdTe]] montés sur une structure de support.
* En bas : stratifiés à [[couches minces]] sur des [[toits solaires photovoltaïques|rooftops]].
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Une '''cellule solaire en couche mince''' ou '''film photovoltaïque''' ou encore '''couche mince photovoltaïque''' est une technologie de [[Cellule photovoltaïque|cellules photovoltaïques]] de deuxième génération, consistant à l'incorporation d'une ou plusieurs [[Couche mince|couches minces]] (ou TF pour ''{{En|texte=thin film}}'') de matériau [[Énergie solaire photovoltaïque|photovoltaïque]] sur un substrat, tel que du verre, du plastique ou du métal. Les couches minces photovoltaïques commercialisées actuellement utilisent plusieurs matières, notamment le [[tellurure de cadmium]] (de [[Formule chimique|formule]] CdTe), le [[Cellule CIGS|diséléniure de cuivre-indium-gallium]] (CIGS) et le [[silicium amorphe]] (a-Si, TF-Si).

L'épaisseur du film varie de quelques [[nanomètre]]s ([[Nanomètre|nm]]) à quelques dizaines de [[micromètre]]s ([[Micromètre|µm]]), ce qui demeure beaucoup plus fin que la technologie concurrente : la [[Cellule photovoltaïque#Matériau : silicium|cellule solaire conventionnelle en silicium cristallin]] de première génération (c-Si) utilisant des plaques d'une épaisseur pouvant atteindre {{Unité|200|µm}}. Cela permet aux cellules en film mince d'être flexibles et plus légères. Elles sont utilisées dans les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments et dans du vitrage photovoltaïque semi-transparent qui peut être [[Laminage|laminé]] sur les fenêtres. D'autres applications commerciales utilisent des [[Capteur solaire photovoltaïque|panneaux solaires]] rigides à couche mince (intercalés entre deux vitres) dans certaines des plus grandes [[Centrale solaire photovoltaïque|centrales photovoltaïques]] du monde.

La technologie des films photovoltaïques a jusque-là été moins chère mais moins efficace que la technologie ''c-Si'' conventionnelle. Cependant, elle s'est considérablement améliorée et l'efficacité des cellules en couche de tellurure de cadmium (CdTe) et [[Cellule CIGS|diséléniure de cuivre-indium-gallium]] (CIGS) de laboratoire dépasse les 21 %, surpassant le [[silicium polycristallin]], le matériau actuellementu dominant dans la plupart des systèmes solaires photovoltaïques<ref name="Fraunhofer-PR-2014">{{Lien web|langue=en|titre=Photovoltaics Report|url=http://www.ise.fraunhofer.de/en/downloads-englisch/pdf-files-englisch/photovoltaics-report-slides.pdf|format électronique=pdf|éditeur=Fraunhofer ISE|date=28 juillet 2014|consulté le=31 août 2014}}</ref>{{Rp|23,24}}. Les [[Test de longévité accéléré|tests de longévité accélérés]] des dispositifs de couches minces dans des conditions de laboratoire ont montré une dégradation un peu plus rapide que celle du silicium, où une durée de 20 ans ou plus est généralement attendue<ref>{{Lien web|titre=The Real Lifespan of Solar Panels|url=http://energyinformative.org/lifespan-solar-panels/|série=EnergyInformative|date=May 7, 2014}}</ref>. Malgré ces améliorations, la part de marché des couches minces n'a jamais atteint plus de 20 % au cours des deux dernières décennies et a diminué ces dernières années à environ 9 % des [[Chronologie de l'énergie solaire photovoltaïque|installations photovoltaïques mondiales]] en 2013<ref name="Fraunhofer-PR-2014" />{{Rp|18,19}}.

D'autres technologies de films photovoltaïques encore au stade de la recherche ou d'une disponibilité commerciale limitée sont souvent désignées comme cellules photovoltaïques émergentes ou de [[Cellule photovoltaïque de troisième génération|troisième génération]] et comprennent des cellules solaires [[Cellule photovoltaïque organique|organiques]], [[Cellule solaire à pigment photosensible|sensibilisées par un colorant]], ainsi que des [[Boîte quantique|boites quantiques]], du [[CZTS|sulfure de cuivre zinc étain]], des [[Nanocristal|nanocristaux]], des micromorphes et des [[Cellule photovoltaïque à pérovskite|pérovskites]].

== Histoire ==
[[Fichier:Global_photovoltaics_market_share_by_technology_1980-2021.svg|vignette|Part de marché des technologies couches minces en termes de production annuelle depuis 1980]]
Les cellules en couches minces sont bien connues depuis la fin des années 1970, qui ont vu des calculettes solaires alimentées par une petite bande de silicium amorphe sur le marché.

De très grands dispositifs de ces technologies sont disponibles dans des [[Installation photovoltaïque intégrée au bâti|Installations photovoltaïques intégrées au bâti]] et des [[Système de recharge de véhicules|systèmes de recharge de véhicules]].

Bien que la technologie des films photovoltaïques soit prédite à des avancées significatives sur le marché et doive dépasser à long terme la technologie conventionnelle dominante du silicium cristallin (c-Si)<ref>{{Lien web|auteur=GBI Research|titre=Thin Film Photovoltaic PV Cells Market Analysis to 2020 CIGS Copper Indium Gallium Diselenide to Emerge as the Major Technology by 2020|url=http://www.gbiresearch.com/Report.aspx?ID=Thin-Film-Photovoltaic-PV-Cells-Market-Analysis-to-2020-CIGS-Copper-Indium-Gallium-Diselenide-to-Emerge-as-the-Major-Technology-by-2020&ReportType=Industry_Report&coreindustry=ALL&Title=Power_~_Alternative_Energy|série=gbiresearch.com|année=2011|consulté le=29 janvier 2011}}</ref>, sa part de marché a baissé pendant plusieurs années. Alors qu'en 2010, alors qu'il y avait une pénurie de modules photovoltaïques conventionnels, les couches minces représentaient 15 % du marché global, elles sont revenues à 8 % en 2014<ref>{{Lien web|titre=IHS: Global solar PV capacity to reach nearly 500 GW in 2019|url=http://www.solarserver.com/solar-magazine/solar-news/current/2015/kw12/ihs-global-solar-pv-capacity-to-reach-nearly-500-gw-in-2019.html|éditeur=SolarServer|date=March 19, 2015}}</ref> et 4,5 % en 2019<ref name="A review" />. Certaines sources projettent un marché de {{nobr|23 milliards}} de dollars en 2029, soit plus du double de sa taille en 2020, à savoir, {{Unité|11,3|milliards}}<ref>{{Lien web|langue=en-US|titre=Thin-Film Photovoltaic Cell Market by Type (Cadmium Telluride, Amorphous Thin-film Silicon, Copper Indium Gallium Selenide, Microcrystalline Tandem Cells, Thin-film Polycrystalline Silicon, and Others), Installation (On-grid and Off-grid), and End User (Residential, Commercial, and Utility): Global Opportunity Analysis and Industry Forecast 2022–2029|url=https://exactitudeconsultancy.com/reports/3583/thin-film-photovoltaic-cell-market/|site=Exactitude Consultancy|consulté le=2022-10-21}}</ref>.

== Matériaux ==
[[Fichier:Illust_poly_thinfilm.svg|gauche|vignette|170x170px|Coupe transversale d'une cellule TF]]
Les technologies des films photovoltaïques réduisent la [[quantité de matière]] active dans une cellule. La plupart des matériaux actifs sont pris en sandwich entre deux vitres. Les panneaux en couches minces sont environ deux fois plus lourds que les panneaux en silicium cristallin qui n'ont qu'une couche de verre, mais ils ont un impact écologique moindre (déterminé par leur [[analyse du cycle de vie]])<ref>{{Ouvrage|prénom1=J.|nom1=Pearce|prénom2=A.|nom2=Lau|titre=Solar Energy|année=2002|pages totales=181|isbn=978-0-7918-1689-9|doi=10.1115/SED2002-1051|titre chapitre=Net Energy Analysis for Sustainable Energy Production from Silicon Based Solar Cells}}</ref>. La majorité des panneaux de film ont des rendements de conversion inférieurs de 2 à 3 points de pourcentage à ceux du silicium cristallin<ref>Datasheets of the market leaders: ''First Solar'' for thin film, ''Suntech'' and ''SunPower'' for crystalline silicon</ref>. Le [[tellurure de cadmium]] (CdTe), le [[Séléniure de cuivre, d'indium et de gallium]] (CIGS) et le [[silicium amorphe]] (a-Si) sont trois technologies des couches minces pour les applications extérieures.

=== Tellurure de cadmium ===
{{Article détaillé|Cellule photovoltaïque en tellurure de cadmium}}
Le [[tellurure de cadmium]] (CdTe) est la technologie à couches minces prédominante. Avec environ 5 % de la production photovoltaïque mondiale, elle représente plus de la moitié du marché des couches minces. L'efficacité en laboratoire de la cellule a également augmenté de manière significative ces dernières années et est comparable à celle des couches minces CIGS et proche de l'efficacité du silicium multicristallin depuis 2013<ref name="Fraunhofer-PR-2014" />{{Rp|24–25}}{{,}}<ref name="A review" />. En outre, le CdTe a le {{Lien|trad=Net energy gain|fr=gain énergétique net}} le plus bas de toutes les technologies photovoltaïques produites en série, qui peut se révéler être de huit mois dans certains endroits favorables{{Rp|31}}{{,}}<ref name="Fraunhofer-PR-2014" />.

Bien que la toxicité du [[cadmium]] ne soit pas vraiment un problème et que les préoccupations environnementales aient leur solution avec le recyclage des modules CdTe en fin de vie<ref name="Fthenakis 303–334">
{{Article|auteur1=Fthenakis|prénom1=Vasilis M.|titre=Life cycle impact analysis of cadmium in CdTe PV production|périodique=Renewable and Sustainable Energy Reviews|volume=8|numéro=4|année=2004|doi=10.1016/j.rser.2003.12.001|lire en ligne=http://www.clca.columbia.edu/papers/Life_Cycle_Impact_Analysis_Cadmium_CdTe_Photovoltaic_production.pdf|format électronique=pdf|pages=303–334}}
</ref>, il subsiste des incertitudes<ref>
{{Lien web|auteur=Werner|prénom=Jürgen H.|titre=TOXIC SUBSTANCES IN PHOTOVOLTAIC MODULES|url=http://www.postfreemarket.net/pdf/japan1.pdf|série=postfreemarket.net|éditeur=Institute of Photovoltaics, University of Stuttgart, Germany – The 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference 2011 Fukuoka, Japan|date=November 2, 2011|consulté le=23 septembre 2014|page=2|archive-url=https://web.archive.org/web/20141221045847/http://www.postfreemarket.net/pdf/japan1.pdf|format électronique=pdf|archive-date=December 21, 2014}}
</ref> et l'opinion publique reste sceptique quant à cette technologie<ref>{{Lien web|titre=The Lowdown on the Safety of First Solar’s CdTe Thin Film|url=https://www.greentechmedia.com/articles/read/how-safe-is-first-solars-cdte-thin-film|série=www.greentechmedia.com}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web|titre=Cadmium: The Dark Side of Thin-Film? – Old GigaOm|url=https://old.gigaom.com/2008/09/25/cadmium-the-dark-side-of-thin-film/|série=old.gigaom.com}}</ref>. L'utilisation de matériaux rares peut également devenir un facteur limitant de l'évolutivité industrielle de la technologie des couches minces CdTe. La rareté du [[tellure]], dont le tellurure est la forme [[Ion|anionique]], est comparable à celle du [[platine]] dans la croûte terrestre et contribue de manière significative au coût du module<ref>{{Lien web|titre=Supply Constraints Analysis, National Renewable Energy Laboratory|url=http://www.nrel.gov/analysis/key_activities_jobs_sup_cstr.html}}</ref>.

=== Séléniure de cuivre indium gallium ===
{{Article détaillé|Cellule photovoltaïque en cuivre, indium, gallium, séléniure}}
{{Vignette multiple|contenu=<div style="margin: 8px 0;"><math>
\begin{pmatrix}\mathrm{Cu}\\\mathrm{Ag}\\\mathrm{Au}\end{pmatrix}
\begin{pmatrix}\mathrm{Al}\\\mathrm{Ga}\\\mathrm{In}\end{pmatrix}
\begin{pmatrix}\mathrm{S} \\\mathrm{Se}\\\mathrm{Te}\end{pmatrix}_2
</math></div>|légende=Combinaisons possibles d'éléments du groupe (XI, XIII, XVI) du tableau périodique qui donnent un composé présentant l'effet photovoltaïque : Cu, Ag, Au - Al, Ga, In - S, Se, Te.|largeur=220}}Une cellule solaire au séléniure de cuivre, d'indium et de gallium ou une [[cellule CIGS]] utilise un absorbeur en [[Séléniure de cuivre, d'indium et de gallium|cuivre, indium, gallium, séléniure]] (CIGS), tandis que les variantes sans gallium du matériau semi-conducteur sont abrégées CIS. Il s'agit de l'une des trois technologies courantes de couches minces, avec une efficacité en laboratoire supérieure à 20 % et une part de 2 % sur le marché global du PV en 2013<ref>Fraunhofer ISE, Photovoltaics report, July 2014, p. 19, http://www.ise.fraunhofer.de/en/downloads-englisch/pdf-files-englisch/photovoltaics-report-slides.pdf</ref>. Les méthodes conventionnelles de fabrication utilisent le processus sous vide, et la co-évaporation et la pulvérisation. En 2008, [[IBM]] et Tokyo Ohka Kogyo Co. Ltd. (TOK) ont annoncé qu'ils avaient développé un nouveau processus de fabrication basé sur des solutions, sans mise sous vide, pour les cellules CIGS et visaient des rendements de 15 % et au-delà<ref>IBM pressrelease [https://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/24464.wss IBM and Tokyo Ohka Kogyo Turn Up Watts on Solar Energy Production], June 16, 2008</ref>.

L'[[imagerie hyperspectrale]] a été utilisée pour caractériser ces cellules. Des chercheurs de l'IRDEP (Institut de Recherche et Développement en Énergie Photovoltaïque) en collaboration avec Photon etc.¸ ont pu déterminer le dédoublement du [[Niveau de Fermi|niveau de quasi-Fermi]] avec une cartographie de [[photoluminescence]] tandis que les données d'[[électroluminescence]] ont été utilisées pour dériver l'[[Efficacité quantique|efficacité quantique externe]] (EQE)<ref>{{Article|auteur1=Delamarre|titre=Evaluation of micrometer scale lateral fluctuations of transport properties in CIGS solar cells|périodique=Proc. SPIE|série=Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices II|volume=100|date=2013|doi=10.1117/12.2004323|bibcode=2013SPIE.8620E..09D|pages=862009|s2cid=120825849}}</ref>{{,}}<ref>{{Article|auteur1=A. Delamarre|titre=Quantitative luminescence mapping of Cu(In,Ga)Se<sub>2</sub> thin-film solar cells|périodique=Progress in Photovoltaics|volume=23|numéro=10|date=2014|doi=10.1002/pip.2555|pages=1305–1312|s2cid=98472503}}</ref>. En outre, grâce à une expérience de cartographie par courant induit par faisceau lumineux (LBIC), l'EQE d'une cellule solaire CIGS microcristalline a pu être déterminé en tout point du champ de vision<ref>{{Article|auteur1=L. Lombez|titre=Micrometric investigation of external quantum efficiency in microcrystalline CuInGa(S,Se)<sub>2</sub> solar cells|périodique=Thin Solid Films|volume=565|date=December 2014|doi=10.1016/j.tsf.2014.06.041|bibcode=2014TSF...565...32L|pages=32–36}}</ref>.

En avril 2019, l'efficacité record de conversion pour une cellule CIGS de laboratoire a été établie à 22,9 %<ref>{{Lien web|titre=NREL|url=https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/CellPVeff%28rev190416%29.pdf}}</ref>.

=== Silicium ===
Trois types de cellules à base de silicium dominent :
* Les cellules de silicium amorphe
* Les cellules tandem amorphes / microcristallines (micromorphe)
* Le silicium polycristallin en couche mince sur verre<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Martin A|nom1=Green|titre=Crystalline and thin-film silicon solar cells: state of the art and future potential|périodique=Solar Energy|volume=74|numéro=3|date=2003-03-01|issn=0038-092X|doi=10.1016/S0038-092X(03)00187-7|résumé=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X03001877|consulté le=2022-10-22|pages=181–192}}</ref>.

==== Silicium amorphe ====
{{Article détaillé|Silicium amorphe}}
[[Fichier:United_Solar_Ovonic_roll-to-roll_solar_photovoltaic_production_line_with_30_MW_annual_capacity.jpg|vignette|Ligne de production solaire photovoltaïque roll-to-roll United Solar Ovonic d'une capacité annuelle de 30 MW]]
Le [[silicium amorphe]] (a-Si) est une forme [[allotropique]] non cristalline de silicium et la technologie de couches minces la plus développée à ce jour. Le silicium en couches minces est une alternative au silicium cristallin conventionnel sur ''[[Wafer|tranche]]'' (ou ''masse''). Bien que les cellules sur films CdTe et CIS à base de [[Chalcogène|chalcogénure]] aient produit des résultats prometteurs en laboratoire, l'industrie garde toujours de l'intérêt pour le procédé sur film de silicium. Les dispositifs à base de silicium présentent moins de problèmes que les procédés concurrents :  CdTe a à craindre la toxicité et l'humidité et les cellules CIS, les forts coûts de revient dus à la complexité des matériaux. À cela, il faut rajouter la résistance politique à l'utilisation de matériaux non écologiques dans la production d'énergie solaire, qui ne concerne pas le silicium standard.
[[Fichier:Aerospace_Product-Flexible_Thin-Film_Solar_PV-United_Solar_Ovonic.jpg|vignette|Film aérospatial photovoltaïque solaire flexible de la société United Solar Ovonic]]
Ce type de cellule en couche mince est principalement fabriqué par une technique appelée [[dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma]]. Il utilise un mélange gazeux de [[Silane (composé)|silane]] (SiH<sub>4</sub>) et d'hydrogène pour déposer une très fine couche de seulement 1 micromètre (µm) de silicium sur un substrat, tel que du verre, du plastique ou du métal, préalablement recouvert d'une couche d'[[oxyde conducteur transparent]]. D'autres procédés sont utilisés pour déposer du silicium amorphe sur un substrat comme les techniques de [[Pulvérisation cathodique|pulvérisation]] et de [[dépôt chimique en phase vapeur]] avec un fil chaud<ref name="eng07">[http://www.engineering.com/SustainableEngineering/RenewableEnergyEngineering/SolarEnergyEngineering/Photovoltaics/tabid/3890/Default.aspx Photovoltaics]. Engineering.Com (July 9, 2007). Retrieved on January 19, 2011.</ref>.

Le silicium amorphe (a-Si) cumule les qualités, en tant que matériau pour les [[cellules solaires]], car il est abondant et non toxique. De plus, il nécessite une température de traitement basse et permet une production évolutive sur un substrat flexible et peu coûteux avec peu de matériau de silicium requis. De surcroit sa bande interdite de {{Unité|1,7 [[électronvolt]]}} (eV) est large et absorbe également une très large gamme du [[Spectre électromagnétique|spectre lumineux]], depuis l'[[infrarouge]] à certains [[ultraviolet]]s et fonctionne très bien à faible lumière. La cellule génère de l'énergie même tôt le matin, ou en fin d'après-midi et les jours nuageux et pluvieux, à la différence des cellules conventionnelles c-Si, nettement moins efficaces en [[lumière du jour]] [[Couleur du ciel|diffuse]] et indirecte.

Cependant, une cellule a-Si subit une baisse significative d'efficacité de 10 à 30 % au cours des six premiers mois de fonctionnement. C'est ce qu'on appelle l'[[Effet Staebler–Wronski|effet Staebler-Wronski]] - une perte singulière de puissance électrique due aux changements de [[photoconductivité]] et de conductivité dans l'obscurité en raison de l'exposition prolongée à la lumière du soleil. Cette dégradation, parfaitement réversible grace à un [[recuit]] ou une chauffe au-dessus de 150 °C, n'impacte pas les cellules solaires c-Si conventionnelles.

La structure électronique de base est la jonction [[Diode PIN|p-i-n]] (d'une [[diode PIN]]). La structure amorphe du a-Si implique un désordre inhérent élevé et des [[Liaison pendante|liaisons pendantes]], ce qui en fait un mauvais conducteur pour les porteurs de charge. Ces liaisons agissent comme des centres de recombinaison qui réduisent sévèrement la durée de vie des porteurs. Une structure p-i-n est généralement utilisée plutôt qu'une structure n-i-p. En effet, la [[Mobilité des porteurs de charge|mobilité des électrons]] dans le silicium amorphe hydrogéné (SiaH ou {{En|texte=a-Si:H}}) est environ une ou deux grandeurs de plus que celle des trous<ref>{{Lien web|langue=fr|titre=Silicium amorphe hydrogéné (SiaH)|url=https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/sciences-fondamentales-th8/proprietes-electriques-et-electrochimiques-42336210/resistivite-des-semi-conducteurs-k720/silicium-amorphe-hydrogene-siah-k720niv10004.html|site=Techniques de l'Ingénieur|consulté le=2022-10-23}}</ref>, et donc le taux de collecte des électrons se déplaçant du contact de type n vers le contact de type p est meilleur que celui des trous se déplaçant du contact de type p vers le contact de type n. Par conséquent, la couche de type p doit être placée en haut, là où l'intensité lumineuse est la plus forte, afin que la majorité des porteurs de charge traversant la jonction soient des électrons<ref>{{Lien brisé|titre=Amorphes Silizium für Solarzellen|url=http://www.ipe.uni-stuttgart.de/content/pdf/Versuch4.pdf|format électronique=pdf|langue=de}}</ref>.

==== Cellule tandem utilisant a-Si/μc-Si ====
Un film de silicium amorphe peut être combinée avec des couches d'autres formes allotropiques de cet élément pour produire une cellule solaire à jonctions multiples. Lorsque deux couches ''jonctions p-n'' sont combinées, on parle de ''cellule en tandem''. En empilant ces couches les unes sur les autres, une gamme plus large du [[spectre lumineux]] est absorbée, améliorant ainsi l'efficacité globale de la cellule.

Dans le silicium [[Micromorphologie|micromorphe]], une couche de silicium microcristallin (μc-Si) est combinée avec du silicium amorphe, créant une cellule en tandem. La couche a-Si supérieure absorbe la lumière visible, laissant la partie infrarouge à la couche μc-Si inférieure. Le concept de cellules micromorphes empilées provient de l'[[Université de Neuchâtel]] en Suisse<ref>Arvind Shah {{et al.}} (2003): ''Microcrystalline silicon and micromorph tandem solar cells''. In: ''Solar Energy Materials and Solar Cells'', '''78''', pp. 469-491</ref> déploie une efficacité de module de 12,24 % et ce qui a été certifié de manière indépendante en juillet 2014<ref>{{Lien web|titre=New Record-Breaking PV Module Efficiency has been achieved|url=http://www.solar.tel.com/media/press-releases/detail/news/2014/07/09/new-record-breaking-pv-module-efficiency-has-been-achieved/|série=TEL Solar Website|éditeur=TEL Solar|consulté le=14 juillet 2014}}</ref>.

Étant donné que toutes les couches sont en silicium, elles peuvent être fabriquées par [[dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma]], la bande interdite du a-Si étant de {{Unité|1,7|eV}} et celle du c-Si de {{Unité|1,1|eV}}. La couche c-Si peut absorber la lumière rouge et infrarouge. Le meilleur rendement peut être obtenu à la transition entre a-Si et c-Si. Comme le [[silicium nanocristallin]] (nc-Si) possède à peu près la même bande interdite que le c-Si, il peut remplacer le c-Si<ref>{{Article|auteur1=J. M. Pearce|auteur2=N. Podraza|auteur3=R. W. Collins|auteur4=M.M. Al-Jassim|titre=Optimization of Open-Circuit Voltage in Amorphous Silicon Solar Cells with Mixed Phase (Amorphous + Nanocrystalline) p-Type Contacts of Low Nanocrystalline Content|périodique=Journal of Applied Physics|volume=101|numéro=11|année=2007|doi=10.1063/1.2714507|bibcode=2007JAP...101k4301P|lire en ligne=http://me.queensu.ca/people/pearce/publications/documents/t14.pdf|format électronique=pdf|pages=114301–114301–7}}</ref>.

==== Cellule tandem utilisant a-Si/pc-Si ====
Le silicium amorphe peut aussi être assemblé avec du [[silicium protocristallin]] (pc-Si) dans une cellule en tandem. La forme protocristalline est optimale avec une faible fraction volumique de silicium nanocristallin pour une [[tension de circuit ouvert]] élevée<ref>{{Article|auteur1=Pearce|prénom1=J. M.|auteur2=Podraza|prénom2=N.|auteur3=Collins|prénom3=R. W.|auteur4=Al-Jassim|prénom4=M. M.|titre=Optimization of open circuit voltage in amorphous silicon solar cells with mixed-phase (amorphous+nanocrystalline) p-type contacts of low nanocrystalline content|périodique=Journal of Applied Physics|volume=101|numéro=11|année=2007|doi=10.1063/1.2714507|bibcode=2007JAP...101k4301P|lire en ligne=http://me.queensu.ca/people/pearce/publications/documents/t14.pdf|format électronique=pdf|pages=114301–114301–7}}</ref>. Toutefois ces types de silicium montrent des liaisons pendantes et torsadées, entraînant une certaine défectuosité (niveaux d'énergie dans la bande interdite) ainsi qu'une déformation des [[Théorie des bandes|bandes de valence]] et de [[Théorie des bandes|conduction]] (bandes de queue).

==== Silicium polycristallin sur verre ====
Le [[silicium polycristallin]] en couches minces peut être imprimé sur du verre et cela peut combiner les avantages du silicium massif avec ceux des dispositifs en couches minces. Ces modules sont fabriqués en déposant un revêtement antireflet et du silicium dopé sur des substrats texturés en verre par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). La texture du verre améliore l'efficience photovoltaïque d'environ 3 % en réduisant la quantité de lumière [[Angle d'incidence (optique)|incidente]] réfléchie par la cellule solaire et en piégeant la lumière à l'intérieur. Le film de silicium est cristallisé lors d'une phase de recuit à des températures entre 400 et {{Unité|600|°C}}, où il se transforme en silicium polycristallin.

Ces dispositifs récents présentent des rendements de conversion d'énergie de 8 % et des rendements de fabrication élevés supérieurs à 90 %. Le silicium cristallin sur verre (CSG), où le silicium polycristallin mesure 1 à {{Unité|2|µm}}, est réputé pour sa stabilité et sa durabilité ; l'utilisation de techniques des couches minces contribue également à réduire les coûts par rapport au photovoltaïque massif d'autant que ces modules ne nécessitent pas une couche d'oxyde conducteur transparent. Cela simplifie d'autant le processus industriel : non seulement cette étape peut être ignorée, mais l'omission de la couche d'oxyde simplifie beaucoup l'élaboration d'un schéma de contact. Ces deux avantages allègent logiquement le coût de production. Malgré les nombreux avantages par rapport à une conception alternative, les estimations des coûts de production par unité de surface montrent que ces dispositifs sont comparables aux cellules en film amorphe à jonction unique<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Martin A|nom1=Green|titre=Crystalline and thin-film silicon solar cells: state of the art and future potential|périodique=Solar Energy|volume=74|numéro=3|date=2003-03-01|issn=0038-092X|doi=10.1016/S0038-092X(03)00187-7|lire en ligne=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X03001877|consulté le=2022-10-23|pages=181–192}}</ref>.

=== Arséniure de gallium ===
L'[[arséniure de gallium]] (GaAs) est un semi-conducteur à bande interdite directe III-V et reste un matériau très courant pour les cellules solaires monocristallines en couche mince. Les cellules solaires à base de GaAs demeurent parmi les cellules solaires en film les plus performantes en raison de leurs propriétés exceptionnelles de résistance à la chaleur et de leurs rendements élevés<ref>{{Lien web|langue=en-EN|titre=GaAs Solar Cells|url=https://sinovoltaics.com/learning-center/solar-cells/gaas-solar-cells/|série=sinovoltaics.com|consulté le=2020-11-18}}</ref>. Depuis 2019, les cellules GaAs monocristallines sont les meilleures de toutes les cellules solaires à jonction unique avec une efficacité de 29,1 %<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Green|prénom1=Martin A.|auteur2=Hishikawa|prénom2=Yoshihiro|auteur3=Dunlop|prénom3=Ewan D.|auteur4=Levi|prénom4=Dean H.|titre=Solar cell efficiency tables (Version 53)|périodique=Progress in Photovoltaics: Research and Applications|volume=27|numéro=1|date=2019|issn=1099-159X|doi=10.1002/pip.3102|lire en ligne=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pip.3102|pages=3–12|s2cid=104439991}}</ref>. Cette cellule a atteint ce rendement record grace à l'adjonction d'un miroir sur la surface arrière pour en augmenter l'absorption des photons, de ce fait la densité de courant de court-circuit impressionnante atteint une valeur de [[Tension de circuit ouvert|tension en circuit ouvert]] proche de la [[Limite de Shockley-Queisser|limite Shockley-Queisser]]<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Nayak|prénom1=Pabitra K.|auteur2=Mahesh|prénom2=Suhas|auteur3=Snaith|prénom3=Henry J.|auteur4=Cahen|prénom4=David|titre=Photovoltaic solar cell technologies: analysing the state of the art|périodique=Nature Reviews Materials|volume=4|numéro=4|date=2019|issn=2058-8437|doi=10.1038/s41578-019-0097-0|bibcode=2019NatRM...4..269N|lire en ligne=https://www.nature.com/articles/s41578-019-0097-0|pages=269–285|s2cid=141233525}}</ref>. En théorie, les cellules solaires GaAs ont presque atteint leur efficacité maximale, bien que des améliorations puissent encore être apportées avec des stratégies de piégeage de la lumière<ref name=":0">{{Article|langue=en|auteur1=Massiot|prénom1=Inès|auteur2=Cattoni|prénom2=Andrea|auteur3=Collin|prénom3=Stéphane|titre=Progress and prospects for ultrathin solar cells|périodique=Nature Energy|volume=5|numéro=12|date=2020-11-02|issn=2058-7546|doi=10.1038/s41560-020-00714-4|bibcode=2020NatEn...5..959M|lire en ligne=https://www.nature.com/articles/s41560-020-00714-4|pages=959–972|s2cid=228814810}}</ref>.

Les couches minces d'arséniure de gallium sont le plus souvent fabriquées en utilisant la croissance [[Épitaxie|épitaxiale]] du semi-conducteur sur un matériau de substrat. La technique du décollement épitaxial (ELO) {{Incise|utilisée depuis 1978}}, s'est avérée la plus prometteuse et la plus efficace. Dans ce procédé, le film est décollé du substrat en gravant sélectivement une couche sacrifiée, placée entre le film épitaxial et le substrat<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Konagai|prénom1=Makoto|auteur2=Sugimoto|prénom2=Mitsunori|auteur3=Takahashi|prénom3=Kiyoshi|titre=High efficiency GaAs thin film solar cells by peeled film technology|périodique=Journal of Crystal Growth|volume=45|date=1978-12-01|issn=0022-0248|doi=10.1016/0022-0248(78)90449-9|bibcode=1978JCrGr..45..277K|lire en ligne=https://dx.doi.org/10.1016%2F0022-0248%2878%2990449-9|pages=277–280}}</ref>. La couche de GaAs et le substrat ressortent peu détériorés à la suite de la séparation, permettant la réutilisation de ce substrat hôte<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Cheng|prénom1=Cheng-Wei|auteur2=Shiu|prénom2=Kuen-Ting|auteur3=Li|prénom3=Ning|auteur4=Han|prénom4=Shu-Jen|titre=Epitaxial lift-off process for gallium arsenide substrate reuse and flexible electronics|périodique=Nature Communications|volume=4|numéro=1|date=2013-03-12|issn=2041-1723|pmid=23481385|doi=10.1038/ncomms2583|bibcode=2013NatCo...4.1577C|pages=1577}}</ref>. La réutilisation est limitée à un certain nombre d'utilisation mais permet une conséquente réduction des coûts de fabrication<ref name=":0" />. Ce processus demeure toutefois relativement coûteux et des recherches sont toujours en cours pour trouver des moyens plus rentables de faire croître la couche de film épitaxial sur un substrat.

Malgré les hautes performances des cellules à couches minces GaAs, les coûts élevés des matériaux entravent leur capacité à être adoptées à grande échelle dans l'industrie des cellules solaires. L'arséniure de gallium est plus couramment utilisé dans les [[Cellule photovoltaïque multi-jonctions|cellules solaires multi-jonctions]] pour les panneaux solaires des [[Véhicule spatial|engins spatiaux]], car le rapport puissance/poids plus favorable réduit les coûts de l'énergie solaire spatiale au lancement (cellules [[Phosphure de gallium-indium|InGaP]] /[[Arséniure de gallium-indium|(In)GaAs]]/[[Germanium|Ge]]). Ils sont également utilisés dans la technologie [[Panneau photovoltaïque à concentration|photovoltaïque à concentration]], mieux adaptée aux endroits peu éclairés. Les concentrateurs sont de lentilles optiques pour rassemblent la lumière du soleil sur une cellule solaire GaAs beaucoup plus petite et donc moins chère.

== Le photovoltaïque émergeant ==
[[Fichier:Glitter-Sized_Solar_Cells_(8230058366).jpg|vignette|Une cellule solaire expérimentale à base de silicium développée aux [[Laboratoires Sandia]]]]
L'institut de recherche [[National Renewable Energy Laboratory]] promeut un certain nombre de technologies de couches minces photovoltaïques comme prometteuses en dépit du fait que la plupart d'entre elles n'ont pas encore été mises sur le marché et sont encore en phase de recherche ou de développement. Beaucoup utilisent des matériaux organiques, souvent des composés [[Chimie organométallique|organométalliques]] ainsi que des substances inorganiques. Bien que leurs performances en l'état soient faibles et que la stabilité du matériau absorbant souvent trop courte pour les applications commerciales, de nombreuses recherches sont en cours dans ces technologies en raison du potentiel de produire des cellules solaires bon marché, à haut rendement.

Les technologies du photovoltaïque émergent, appelées aussi cellules photovoltaïques de troisième génération, comprennent :
* La cellule solaire au [[CZTS|sulfure d'étain et de zinc de cuivre]] (CZTS) et dérivés CZTSe et CZTSSe
* La [[cellule solaire à pigment photosensible]], également connue sous le nom de « cellule Grätzel »
* La [[Cellule photovoltaïque organique|cellule solaire organique]]
* La [[Cellule photovoltaïque à pérovskite|cellule solaire à pérovskite]]
* La [[cellule solaire à points quantiques]]

=== Cellule solaire à pérovskite ===
{{Article détaillé|Cellule photovoltaïque à pérovskite}}
Les réalisations dans la recherche sur les cellules à pérovskite ont reçu une attention considérable du public, car leur efficacité en laboratoire a récemment dépassé les 20 %. Elles offrent également un large champ d'applications à faible coût<ref>
{{Lien web|titre=A new stable and cost-cutting type of perovskite solar cell|url=http://phys.org/news/2014-07-stable-cost-cutting-perovskite-solar-cell.html|série=PHYS.org|date=July 17, 2014|consulté le=4 août 2015}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web|titre=Spray-deposition steers perovskite solar cells towards commercialisation|url=http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/07/perovskite-solar-cell-scalable-manufacturing-spray-deposition|série=ChemistryWorld|date=July 29, 2014|consulté le=4 août 2015}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web|titre=Perovskite Solar Cells|url=http://www.ossila.com/support/industry_news/Perovskites_and_perovskite_solar_cells.php|série=Ossila|consulté le=4 août 2015}}</ref>.

=== Cellule solaire transparente ===
En 2022, des cellules solaires semi-transparentes aussi grandes que des fenêtres ont fait leur apparition<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Huang|prénom1=Xinjing|auteur2=Fan|prénom2=Dejiu|auteur3=Li|prénom3=Yongxi|auteur4=Forrest|prénom4=Stephen R.|titre=Multilevel peel-off patterning of a prototype semitransparent organic photovoltaic module|périodique=Joule|volume=6|numéro=7|date=20 July 2022|issn=2542-4785|doi=10.1016/j.joule.2022.06.015|lire en ligne=https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(22)00289-6|accès url=payant|pages=1581–1589}}
</ref>, à la suite des performances record en laboratoire d'un dispositif très transparent en 2020<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Li|prénom1=Yongxi|auteur2=Guo|prénom2=Xia|auteur3=Peng|prénom3=Zhengxing|auteur4=Qu|prénom4=Boning|titre=Color-neutral, semitransparent organic photovoltaics for power window applications|périodique=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=117|numéro=35|date=septembre 2020|issn=0027-8424|doi=10.1073/pnas.2007799117|pages=21147–21154}}</ref>{{,}}<ref>{{Article|prénom1=Y.|nom1=Li|prénom2=X.|nom2=Guo|prénom3=Z.|nom3=Peng|prénom4=B.|nom4=Qu|prénom5=Hongping|nom5=Yan|prénom6=Harald|nom6=Ade|prénom7=Maojie|nom7=Zhang|prénom8=Stephen R.|nom8=Forrest|titre=Color-neutral, semitransparent organic photovoltaics for power window applications.|périodique=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=117|numéro=35|date=2020-09-01|issn=0027-8424|pmid=32817532|doi=10.1073/pnas.2007799117|lire en ligne=https://europepmc.org/articles/PMC7474591/|consulté le=2022-10-30|pages=21147–21154}}</ref>. Toujours en 2022, d'autres chercheurs ont signalé la fabrication de cellules solaires avec une transparence visible moyenne record de 79 %, les rendant presque invisibles<ref>{{Lien web|langue=en|prénom=Tohoku|nom=University |titre=Researchers fabricate highly transparent solar cell with 2D atomic sheet |url=https://techxplore.com/news/2022-07-fabricate-highly-transparent-solar-cell.html |site=techxplore.com |consulté le=2022-10-30}}</ref>{{,}}<ref>{{Article|langue=en|auteur1=He|prénom1=Xing|auteur2=Iwamoto|prénom2=Yuta|auteur3=Kaneko|prénom3=Toshiro|auteur4=Kato|prénom4=Toshiaki|titre=Fabrication of near-invisible solar cell with monolayer WS2|périodique=Scientific Reports|volume=12|numéro=1|date=4 July 2022|issn=2045-2322|doi=10.1038/s41598-022-15352-x|pages=11315}}</ref>.

== Efficacité ==
{{Article détaillé|Efficacité énergétique du solaire}}
[[Fichier:Best_Research-Cell_Efficiencies.png|gauche|vignette|[[Rendement d'une cellule photovoltaïque|Efficacité des cellules solaires]] de diverses technologies de cellules (y compris les technologies à monocristal et en couche mince) étudiées par le [[National Renewable Energy Laboratory|NREL]]]]
L'efficacité en utilisation pratique des cellules solaires en films est fortement dépendante du semi-conducteur choisi et de la technologie de croissance. Les améliorations progressives des performances ont commencé dès l'invention de la première cellule solaire au silicium moderne en 1954. En 2010, les performances atteignaient un taux de conversion de 12 à 18 % du rayonnement solaire en électricité<ref>{{Lien web|auteur=Steve Heckeroth|titre=The Promise of Thin-Film Solar|url=http://www.motherearthnews.com/Renewable-Energy/Thin-Film-Solar-Utility-Scale-PV-Power.aspx|éditeur=Mother Earth News|date=February–March 2010|consulté le=2010-03-23}}</ref>. Les progrès ont continué de s'accélérer au cours des années suivantes, comme le montre le graphique ci-dessus.

Les cellules en matériaux plus récents peuvent être moins performantes que le silicium massif, mais ont un prix de revient nettement plus bas. Leur [[efficacité quantique]] est également plus faible en raison du nombre réduit de [[Porteur de charge|porteurs de charge]] collectés par photon incident.

Les performances et le potentiel des matériaux utilisés en couches minces sont en nette progression, atteignant des taux d'efficacité de [[Cellule photovoltaïque|cellule]] de 14 à 23,4 %, des rendements pour les modules [[prototype]]s jusqu'à 29,1 %<ref name=":1">{{Lien web|langue=en|auteur=Laura Vimmerstedt|auteur2=Sertag Akar|auteur3=Brian Mirletz|auteur4=Ashok Sekar|auteur5=Dana Stright|auteur6=Chad Augustine|auteur7=Philipp Beiter|auteur8=Parangat Bhaskar|auteur9=Nate Blair|auteur10=Stuart Cohen|auteur11=Wesley Cole|auteur12=Patrick Duffy|auteur13=David Feldman|auteur14=Parthiv Kurup|et al.=oui|titre=Annual technology baseline|sous-titre=The 2022 electricity update|url=https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/83064.pdf|format électronique=pdf|format=pdf|site=www.nrel.gov|date=28 juin 2022|consulté le=25 octobre 2022}}</ref>. Le prototype de la firme d'origine japonaise SolarFrontier et plus grand fournisseur mondial d'énergie solaire CIS (cuivre indium sélénium) a un rendement de 23,4 % selon le [[National Renewable Energy Laboratory|laboratoire NREL]] (voir graphique ci-dessus).

Les coûts de production dans toutes les technologies photovoltaïques sont amenés à baisser selon les projections de NREL<ref name=":1" />.

== Absorption de lumière ==
Plusieurs techniques ont été testées pour augmenter la quantité de lumière pénétrant dans la cellule et réduire la quantité qui s'en échappe sans être absorbée. La technique la plus évidente consiste à réduire au minimum la couverture de contact supérieure de la surface cellulaire pour agrandir la zone traversée.

La lumière à grande longueur d'onde faiblement absorbée peut être couplée de façon oblique dans le silicium et traverse le film plusieurs fois pour améliorer l'absorption<ref>{{Article|auteur1=Widenborg|prénom1=Per I.|auteur2=Aberle|prénom2=Armin G.|titre=Polycrystalline Silicon Thin-Film Solar Cells on AIT-Textured Glass Superstrates|périodique=Advances in OptoElectronics|volume=2007|année=2007|doi=10.1155/2007/24584|lire en ligne=http://downloads.hindawi.com/journals/aoe/2007/024584.pdf|format électronique=pdf|pages=1–7}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web|titre=Renewable Sources|url=http://www.customwritingtips.com/component/k2/item/4276-renewable-sources.html|série=www.customwritingtips.com|archive-url=https://web.archive.org/web/20130223015059/http://www.customwritingtips.com/component/k2/item/4276-renewable-sources.html|archive-date=2013-02-23}}</ref>.

Plusieurs méthodes ont été développées pour augmenter l'absorption en réduisant la [[Réflexion (physique)|reflexion]] de photons incidents par la surface de la cellule. Un revêtement antireflet additionnel peut provoquer des interférences destructives à l'intérieur de la cellule en modulant l'[[indice de réfraction]] du revêtement de surface. L'interférence destructive neutralise l'onde réfléchissante, et oblige toute la lumière incidente à passer dans la cellule.

Il est possible aussi d'appliquer une [[texturation]] de surface pour augmenter l'absorption, bien qu'elle augmente les coûts. Sur une surface texturée la lumière réfléchie peut être réfractée pour frapper à nouveau la surface, réduisant ainsi la [[réflectance]]. Par exemple, la texturation du silicium noir par [[gravure ionique réactive]] (RIE) est une approche efficace et reste économique pour augmenter l'absorption des cellules solaires en silicium à couches minces<ref name="nanotech2014">{{Article|auteur1=Xu|prénom1=Zhida|auteur2=Yao|prénom2=Yuan|auteur3=Brueckner|prénom3=Eric|auteur4=Li|prénom4=Lanfang|titre=Black silicon solar thin-film microcells integrating top nanocone structures for broadband and omnidirectional light-trapping|périodique=Nanotechnology|volume=25|numéro=30|date=2014|pmid=25006119|doi=10.1088/0957-4484/25/30/305301|bibcode=2014Nanot..25D5301X|arxiv=1406.1729|pages=305301|s2cid=206069610}}</ref>. Un rétroréflecteur texturé peut empêcher la lumière de s'échapper par la face arrière de la cellule.

En plus de la texturation de surface, le schéma de piégeage de la lumière [[plasmon]]ique fait l'objet d'études pour améliorer le passage du photocourant dans les cellules solaires à couches minces<ref>{{Article|auteur1=Wu|prénom1=Jiang|auteur2=Yu|prénom2=Peng|auteur3=Susha|prénom3=Andrei S.|auteur4=Sablon|prénom4=Kimberly A.|titre=Broadband efficiency enhancement in quantum dot solar cells coupled with multispiked plasmonic nanostars|périodique=Nano Energy|volume=13|date=April 1, 2015|doi=10.1016/j.nanoen.2015.02.012|pages=827–835|s2cid=98282021}}</ref>{{,}}<ref>{{Article|langue=En|auteur1=Yu|prénom1=Peng|auteur2=Yao|prénom2=Yisen|auteur3=Wu|prénom3=Jiang|auteur4=Niu|prénom4=Xiaobin|titre=Effects of Plasmonic Metal Core -Dielectric Shell Nanoparticles on the Broadband Light Absorption Enhancement in Thin Film Solar Cells|périodique=Scientific Reports|volume=7|numéro=1|date=August 9, 2017|issn=2045-2322|pmid=28794487|pmcid=5550503|doi=10.1038/s41598-017-08077-9|bibcode=2017NatSR...7.7696Y|pages=7696}}</ref>. Cette méthode utilise l'oscillation collective d'électrons libres excités dans des nanoparticules de [[Métal noble|métaux nobles]], influencées par la forme, la taille et les propriétés diélectriques des particules du milieu environnant.

L'optimisation de la capture de photons peut se poursuivre par le matériau de la cellule solaire lui-même. Les techniques à base de traitement thermique peuvent améliorer considérablement la qualité cristalline des cellules de silicium et ainsi augmenter l'efficacité<ref>{{Article|auteur1=Terry|prénom1=Mason L.|auteur2=Straub|prénom2=Axel|auteur3=Inns|prénom3=Daniel|auteur4=Song|prénom4=Dengyuan|titre=Large open-circuit voltage improvement by rapid thermal annealing of evaporated solid-phase-crystallized thin-film silicon solar cells on glass|périodique=Applied Physics Letters|volume=86|numéro=17|année=2005|doi=10.1063/1.1921352|bibcode=2005ApPhL..86q2108T|pages=172108}}</ref>. La superposition de cellules en couches minces pour créer une cellule solaire à jonctions multiples peut également être effectuée. La bande interdite de chaque couche peut être conçue pour absorber au mieux une gamme différente de longueurs d'onde, de sorte qu'ensemble, elles peuvent absorber un plus grand spectre de lumière<ref>{{Article|auteur1=Yan|prénom1=Baojie|auteur2=Yue|prénom2=Guozhen|auteur3=Sivec|prénom3=Laura|auteur4=Yang|prénom4=Jeffrey|titre=Innovative dual function nc-SiOx:H layer leading to a >16% efficient multi-junction thin-film silicon solar cell|périodique=Applied Physics Letters|volume=99|numéro=11|année=2011|doi=10.1063/1.3638068|bibcode=2011ApPhL..99k3512Y|pages=11351}}</ref>.

Des progrès supplémentaires dans les designs géométriques exploitent la dimensionnalité des nanomatériaux. De grands réseaux de nanofils parallèles permettent de grandes longueurs d'absorption sur tout le fil tout en maintenant de courtes longueurs de diffusion des porteurs minoritaires le long de la direction radiale<ref>{{Article|auteur1=Yu|prénom1=Peng|auteur2=Wu|prénom2=Jiang|auteur3=Liu|prénom3=Shenting|auteur4=Xiong|prénom4=Jie|titre=Design and fabrication of silicon nanowires towards efficient solar cells|périodique=Nano Today|volume=11|numéro=6|date=December 1, 2016|doi=10.1016/j.nantod.2016.10.001|lire en ligne=http://discovery.ucl.ac.uk/1536157/1/NANOTODAY_2016_Accepted%20version.pdf|format électronique=pdf|pages=704–737}}</ref>. La conduction est assurée par l'ajout de nanoparticules entre les nanofils. La géométrie naturelle de ces matrices forme une surface texturée qui retient plus de lumière.

== Production, coût et marché ==
{{Colonnes|nombre=3|1={{Diagramme circulaire|thumb=right|caption=Situation en 2010<ref name="A review">{{Article|langue=en|auteur1=Erteza Tawsif Efaz|auteur2=Md Meganur Rhaman|auteur3=Safayat Al Imam|auteur4=Khandaker Lubaba Bashar|auteur5=Fahmid Kabir|auteur6=MD Ehasan Mourtaza|auteur7=Syed Nazmus Sakib|auteur8=F. A. Mozahid|titre=A review of primary technologies of thin-film solar cells|date=23 septembre 2021|périodique=Engineering Research Express|volume=3|numéro=3|lire en ligne=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-8695/ac2353/meta}}</ref>. Les technologies photovoltaïques représentent 13 % du marché.|label1=[[Silicium polycristallin|Poly-Si]]|label2=[[Silicium monocristallin|Mono-Si]]|label3=[[Tellurure de cadmium|CdTe]]|label4=[[Silicium amorphe|a-Si]]|label5=[[Séléniure de cuivre, d'indium et de gallium|CIGS]]|valeur1=49|valeur2=38|valeur3=8|valeur4=3|valeur5=2|couleur1=#4957ED|couleur2=blue|couleur3=green|couleur4=yellow|couleur5=turquoise}}{{Diagramme circulaire|thumb=right|caption=En 2019, les installations ne représentent que 4,5 % du marché de l'énergie solaire<ref name="A review" />.|label1=[[Silicium polycristallin|Poly-Si]]|label2=[[Silicium monocristallin|Mono-Si]]|label3=[[Tellurure de cadmium|CdTe]]|label4=[[Silicium amorphe|a-Si]]|label5=[[Séléniure de cuivre, d'indium et de gallium|CIGS]]|valeur1=32.5|valeur2=63|valeur3=2.3|valeur4=0.3|valeur5=1.9|couleur1=#4957ED|couleur2=blue|couleur3=green|couleur4=yellow|couleur5=turquoise}}{{Diagramme circulaire|thumb=right|caption=Marché des cellules en couches fines en 2019<ref name="A review" />.|label3=[[Séléniure de cuivre, d'indium et de gallium|CIGS]]|valeur3=42.22|couleur1=green|couleur2=yellow|couleur3=turquoise|couleur4=|couleur5=|valeur2=6.67|valeur1=51.11|label2=[[Silicium amorphe|a-Si]]|label1=[[Tellurure de cadmium|CdTe]]}}}}Avec les progrès de la technologie conventionnelle du silicium cristallin (c-Si) au cours des dernières années et la baisse du coût de la matière première du [[silicium polycristallin]], qui a suivi une période de grave pénurie mondiale, la pression s'est accrue sur les fabricants de technologies commerciales de couches minces, dont les films de silicium (a-Si), de tellurure de cadmium (CdTe) et de [[diséléniure]] de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS), entraînant la faillite de plusieurs entreprises<ref>RenewableEnergyWorld.com [http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2011/01/how-thin-film-solar-fares-vs-crystalline-silicon How thin film solar fares vs crystalline silicon], 3 January 2011</ref>. Depuis 2013, les fabricants de films subissent la concurrence des prix des raffineurs chinois de silicium et des fabricants de panneaux solaires c-Si conventionnels. Certaines entreprises avec leurs brevets ont été vendus à des entreprises chinoises à perte<ref name="NYT01913">{{article|titre=Chinese Firm Buys U.S. Solar Start-Up|url=https://www.nytimes.com/2013/01/10/business/energy-environment/chinese-company-buys-2-solar-companies-from-west.html|consulté le=10 janvier 2013|journal=The New York Times|date=January 9, 2013|auteur=Diane Cardwell}}</ref>.

=== Part de marché ===
En 2013, les technologies des films photovoltaïques représentaient environ 9 % du déploiement mondial, tandis que 91 % étaient détenus par le silicium cristallin (mono-Si et [[Silicium polycristallin|multi-Si]]). Avec 5 % du marché global, CdTe détient plus de la moitié du marché des couches minces, laissant 2 % pour les CIGS et silicium amorphe<ref name="Fraunhofer-PR-2014" />{{Rp|18–19}}.

==== Technologie CIGS ====

: Plusieurs fabricants de premier plan n'ont pas pu supporter la pression causée par les progrès de la technologie c-Si conventionnelle de ces dernières années. La société Solyndra a cessé toute activité commerciale et a déposé le bilan du chapitre 11 en 2011, et Nanosolar, également fabricant de CIGS, a fermé ses portes en 2013. Bien que les deux sociétés aient produit des cellules solaires CIGS, il a été souligné que l'échec n'était pas dû à la technologie mais plutôt aux entreprises elles-mêmes, utilisant une architecture défectueuse, comme, par exemple, les substrats cylindriques de Solyndra<ref name="spw-cigs-simplified">
{{Lien web|auteur=Andorka|prénom=Frank|titre=CIGS Solar Cells, Simplified|url=http://www.solarpowerworldonline.com/2014/01/cigs-solar-cells-simplified/|série=solarpowerworldonline.com/|éditeur=Solar Power World|date=January 8, 2014|consulté le=16 août 2014|archive-url=https://web.archive.org/web/20140819085013/http://www.solarpowerworldonline.com/2014/01/cigs-solar-cells-simplified/|archive-date=August 19, 2014}}
</ref>.En 2014, le coréen [[LG Electronics]] a mis fin à ses recherches sur la restructuration de son activité solaire par CIGS, et [[Groupe Samsung|Samsung SDI]] a décidé de cesser la production de CIGS, tandis que le fabricant chinois de PV [[Hanergy]] devrait augmenter la capacité de production de ses modules CIGS à 15,5 % d'efficacité en {{Unité|650|mm}} × {{Unité|1650|mm}}<ref>{{Lien web|titre=South Korean enterprises terminate or downsize thin-film business|url=http://global.ofweek.com/news/South-Korean-enterprises-terminate-or-downsize-thin-film-business-15128|éditeur=OfWeek.com/|date=July 17, 2014}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web|titre=Annual Report 2014|url=http://www.iea-pvps.org/index.php?id=6|éditeur=IEA-PVPS|date=May 21, 2015|extrait=Samsung SDI decided to stop the production of CIGS thin film PV modules. Hanergy: Table 3 on page 49|page=49, 78}}</ref>. L'un des plus grands producteurs de photovoltaïque CI(G)S est la société japonaise Solar Frontier avec une capacité de fabrication à l'échelle du gigawatt<ref>solar-frontier.com – PressRelease [http://www.solar-frontier.com/eng/news/2013/C027438.html Solar Frontier to build 150 MW 150 MW CIS solar module plant in Tohoku, Japan], December 19, 2013</ref>.

==== Technologie CdTe ====

: Un des principaux fabricants de CdTe, la société [[First Solar]], a construit plusieurs des plus grandes centrales solaires au monde, telles que la [[Centrale solaire photovoltaïque|ferme solaire]] Desert Sunlight et la [[ferme solaire Topaz]], toutes deux dans le désert californien avec une capacité de {{Unité|550|MW}} chacune, ainsi que la [[Centrale solaire de Nyngan|centrale solaire de 102 mégawatts de Nyngan]] en Australie, la plus grande centrale photovoltaïque de l'hémisphère sud, mise en service en 2015<ref>{{Lien web|titre=Australia's biggest solar farm opens at Nyngan, western NSW|url=http://www.abc.net.au/news/2015-04-18/nyngan-largest-solar-plant-in-australia/6402112|série=ABC.net.au|date=April 18, 2015}}</ref>.

: En 2011, GE a annoncé son intention de dépenser 600 $ millions sur une nouvelle usine de cellules solaires CdTe et entrer sur ce marché<ref>Peralta, Eyder. (April 7, 2011) [https://www.npr.org/blogs/thetwo-way/2011/04/07/135212030/ge-unveils-plans-to-build-largest-solar-panel-factory-in-u-s GE Unveils Plans To Build Largest Solar Panel Factory In U.S. : The Two-Way]. NPR. Retrieved on 2011-05-05.</ref>, et en 2013, First Solar a acheté le portefeuille de propriété intellectuelle à couches minces CdTe de GE et a formé un partenariat commercial<ref>PVTECH.org [http://www.pv-tech.org/news/first_solar_buys_ges_cdte_thin_film_ip_and_forms_business_partnership First Solar buys GE’s CdTe thin-film IP and forms business partnership], August 6, 2013</ref>. En 2012, Abound Solar, un fabricant de modules au tellurure de cadmium, a fait faillite<ref>{{Lien web |langue=en-US|titre=Bankrupt Abound Solar of Colo. lives on as political football|url=https://www.denverpost.com/2012/11/02/bankrupt-abound-solar-of-colo-lives-on-as-political-football/|site=The Denver Post |date=2012-11-02 |consulté le=2022-10-30}}.</ref>.

==== Technologie a-Si ====

: En 2012, l'américain ECD solar, autrefois l'un des principaux fabricants mondiaux de technologie de silicium amorphe (a-Si), a déposé le bilan. Swiss [[OC Oerlikon]] a cédé sa division solaire qui produisait des cellules tandem a-Si/μc-Si à [[Tokyo Electron|Tokyo Electron Limited]]<ref>{{Lien web|titre=The End Arrives for ECD Solar|url=http://www.greentechmedia.com/articles/read/The-End-Arrives-For-ECD-Solar-|série=GreentechMedia|date=February 14, 2012}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web|titre=Oerlikon Divests Its Solar Business and the Fate of Amorphous Silicon PV|url=http://www.greentechmedia.com/articles/read/Oerlikon-Divests-its-Solar-Business-and-the-Fate-of-Amorphous-Silicon-Solar|série=GrrentechMedia|date=March 2, 2012}}</ref>.
: Parmi les autres sociétés qui ont quitté le marché des couches minces de silicium amorphe, citons [[DuPont]], [[BP (entreprise)|BP]], Flexcell, Inventux, Pramac, Schuco, Sencera, EPV Solar<ref>
{{Lien web|titre=Rest in Peace: The List of Deceased Solar Companies|url=http://www.greentechmedia.com/articles/read/Rest-in-Peace-The-List-of-Deceased-Solar-Companies|série=GreenTechMedia|date=April 6, 2013|consulté le=juillet 2015}}</ref>, NovaSolar (anciennement OptiSolar)<ref>
{{Lien web|titre=NovaSolar, Formerly OptiSolar, Leaving Smoking Crater in Fremont|url=http://www.greentechmedia.com/articles/read/NovaSolar-the-former-OptiSolar-Leaving-Smoking-Crater-in-Fremont|série=GreenTechMedia|date=February 24, 2012|consulté le=juillet 2015}}</ref> et [[Suntech Power]] qui a cessé de fabriquer des modules a-Si en 2010 pour se concentrer sur les panneaux solaires conventionnels en silicium. En 2013, Suntech a déposé le bilan en Chine<ref>
{{article|url=https://www.nytimes.com/2013/03/21/business/energy-environment/chinese-solar-companys-operating-unit-declares-bankruptcy.html?pagewanted=all|titre=Chinese Subsidiary of Suntech Power Declares Bankruptcy|date=March 20, 2013|périodique=New York Times}}
</ref>{{,}}<ref name="Bloomberg">
{{Article|langue=en|auteur=David Yong|lire en ligne=https://www.bloomberg.com/news/2014-04-29/suntech-seeks-new-cash-after-china-bankruptcy-liquidator-says.html|titre=Suntech Seeks New Cash After China Bankruptcy, Liquidator Says|périodique=Bloomberg|date=29 avril 2014}}</ref>. En août 2013, le prix des cellules en couches minces a-Si et a-Si/µ-Si a chuté à 0,36 € et 0,46 €, respectivement<ref>
{{Lien web|titre=PVX spot market price index solar PV modules|url=http://www.solarserver.com/service/pvx-spot-market-price-index-solar-pv-modules.html|éditeur=SolarServer|date=20 juin 2014|consulté le=juillet 2015|archive-url=https://web.archive.org/web/20140829035321/http://www.solarserver.com/service/pvx-spot-market-price-index-solar-pv-modules.html|archive-date=August 29, 2014}}</ref> (environ 0,50 $ et 0,60 $) par watt<ref>{{Lien web|titre=0.38 EUR to USD - Euros to US Dollars Exchange Rate|url=https://www.xe.com/currencyconverter/convert/?Amount=0.38&From=EUR&To=USD|série=www.xe.com}}</ref>.

== Articles connexes ==
* [[Cellule solaire plasmonique]]

== Références ==
{{Références}}

== Notes et références ==

* [[Martin Green]] "Consolidation of thin-film photovoltaic technology: the coming decade of opportunity.” Progress in Photovoltaics: Research and Applications 14, no. 5 (2006): 383–392.
* Green, M. A. “Recent developments in photovoltaics.” Solar Energy 76, no. 1-3 (2004): 3–8.
* Beaucarne, Guy. “Silicon Thin-Film Solar Cells.” Advances in OptoElectronics 2007 (August 2007): 12.
* Ullal, H. S., and B. von Roedern. “Thin Film CIGS and CdTe Photovoltaic Technologies: Commercialization, Critical Issues, and Applications; Preprint” (2007).
* Hegedus, S. “Thin film solar modules: the low cost, high throughput and versatile alternative to Si wafers.” Progress in Photovoltaics: Research and Applications 14, no. 5 (2006): 393–411.
* Poortmans, J., and V. Arkhipov. Thin Film Solar Cells: Fabrication, Characterization and Applications. Wiley, 2006.
* Wronski, C.R., B. Von Roedern, and A. Kolodziej. “Thin-film Si:H-based solar cells.” Vacuum 82, no. 10 (June 3, 2008): 1145–1150.
* Chopra, K. L., P. D. Paulson, and V. Dutta. “Thin-film solar cells: an overview.” Progress in Photovoltaics: Research and Applications 12, no. 2-3 (2004): 69–92.
* Hamakawa, Y. Thin-Film Solar Cells: Next Generation Photovoltaics and Its Applications. Springer, 2004.
* Green, Martin. “Thin-film solar cells: review of materials, technologies and commercial status.” Journal of Materials Science: Materials in Electronics 18 (October 1, 2007): 15–19.

== Liens externes ==

* [https://www.flexible-solar-panel.com/flexible-solar-panels Panneaux Solaires], Lien Solaire
* [http://www2.unine.ch/flex/ Flexcellence], un [[Programme-cadre pour la recherche et le développement technologique|STReP]] financé par le [[Programme-cadre pour la recherche et le développement technologique|sixième programme-cadre]] (FP6) de l'UE. Titre complet : Technologie [[Roll-to-roll processing|roll-to-roll]] pour la production de modules photovoltaïques en silicium à couches minces à haut rendement et à faible coût.

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[[Catégorie:Cellule photovoltaïque]]