Imec, avec ses partenaires de projet, ont coopéré au sein d'un projet PRIMA du 7e programme-cadre (7e PC) de l'UE pour améliorer à la fois l'efficacité et le coût des cellules solaires. En particulier, ils ont travaillé sur une stratégie de piégeage de la lumière utilisant des nanostructures métalliques qui permettent aux plasmons d'augmenter l'absorption au sein de la structure de la cellule solaire.

Les métaux nanostructurés peuvent absorber et intensifier la lumière à des longueurs d'onde spécifiques. Ce phénomène, appelé plasmonique, a de nombreuses applications prometteuses :il peut être exploité pour transmettre des signaux optiques à travers des interconnexions nanométriques sur des puces, en nanoparticules qui reconnaissent et interagissent avec les biomolécules, ou dans des cellules solaires, augmenter l'absorption lumineuse dans le matériau photoactif de la cellule, ouvrant la voie à une production d'énergie plus fine et donc moins coûteuse. Au cours du projet européen FP7 PRIMA, imec et ses partenaires du projet Imperial College (Londres, ROYAUME-UNI), Université de technologie Chalmers (Suède), Photovoltech (Belgique), Quantasol (Royaume-Uni), AZUR SPACE Solar Power (Allemagne), et l'Australian National University (Australie) a acquis des connaissances essentielles sur l'utilisation des nanoparticules métalliques pour améliorer l'efficacité des cellules solaires.

L'une des réalisations du projet a été le développement et la démonstration d'une méthode de fabrication de cellules solaires organiques avec une électrode arrière en argent (Ag) nanostructuré plasmonique en utilisant la lithographie colloïdale (HCL) à masque de trous. Ce petit prix, Une technique ascendante et extrêmement polyvalente s'est avérée compatible avec les semi-conducteurs organiques fragiles situés en dessous. L'introduction d'une électrode arrière en Ag nanostructurée plasmonique a entraîné une amélioration de l'efficacité de plus de deux fois dans la queue d'absorption.

En ce qui concerne les cellules solaires à base de plaquettes telles que celles à base de silicium, nos résultats indiquent que pour améliorer l'efficacité des cellules solaires, des structures plasmoniques doivent être intégrées à l'arrière des cellules solaires, et pas sur la face avant. Les nanodisques d'Ag sur le revêtement antireflet diélectrique (ARC) de la face avant des cellules solaires à base de silicium ont permis d'améliorer l'absorption de la lumière mais pas d'augmenter l'efficacité, due à l'absorption parasite dans les nanoparticules et aux interférences destructrices.

Un outil de simulation 3D a été développé, modéliser avec précision les caractéristiques optiques et électriques des dispositifs de cellules solaires à base de semi-conducteurs inorganiques incorporant des nanostructures plasmoniques. Le modèle a indiqué que les nanoparticules d'or ou d'argent peuvent améliorer l'efficacité des cellules solaires à certaines longueurs d'onde, tandis qu'à d'autres longueurs d'onde, les performances des cellules solaires se dégradent. Nanostructures d'aluminium, d'autre part, peuvent améliorer l'efficacité sur toute la région spectrale pertinente d'une cellule solaire en raison de leur absorption lumineuse intrinsèquement faible et de leur forte diffusion. Ceci a été démontré expérimentalement sur des cellules solaires GaAs, mais peut également être généralisé aux cellules en silicium.