Les modules solaires gagnent sans cesse en efficacité, notamment grâce à l'indium, un métal utilisé dans cette technologie. Avec le développement des énergies renouvelables, la demande ne cesse d'augmenter.
Que ce soit pour regarder la télévision, surfer sur Internet ou envoyer des SMS sur un smartphone, l’indium fait partie de notre quotidien. Les écrans plats et les écrans tactiles ne fonctionneraient pas sans ce métal de pointe. C’est en effet une fine couche d’oxyde d’indium-étain, à la fois transparente et conductrice, qui permet leur affichage. Ces propriétés font également de l’indium un matériau très recherché pour la fabrication de cellules solaires, en particulier les modules dits « à couche mince ». Ceux-ci ne gagnent en importance que progressivement, bien qu’ils soient plus légers et moins coûteux à produire que les modules à couche épaisse en silicium cristallin qui ont dominé le marché jusqu’à présent.
Dans la fabrication de cellules solaires à couche mince, des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium amorphe ou le tellurure de cadmium sont déposés par évaporation sur une couche de substrat, par exemple en verre ou en plastique. Le ministère américain de l'Énergie certifie que le rendement le plus élevé pour ce type de module solaire revient au composé à base d'indium, le diséléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS).
Une efficacité en hausse : les cellules solaires battent des records
On trouve des cellules solaires à couche mince aussi bien dans les parcs solaires que – grâce à leur souplesse et à leur faible poids – sur les façades de maisons, les mobil-homes ou même les sacs à dos. Leur rendement constitue toutefois un inconvénient : en moyenne, les modules à couche mince ne convertissent que 10 % de l'énergie solaire en électricité. Ce chiffre s'élève à environ 20 % pour les cellules solaires classiques en silicium. Cependant, des cellules solaires à couche mince de plus en plus performantes sont mises au point partout dans le monde, souvent à base d'indium.
Un nouveau record a été établi, par exemple, par le Laboratoires fédéraux suisses de science et de technologie des matériaux (Empa) en Suisse (comme nous l'avons signalé), avec des cellules solaires CIGS montées sur un film polymère souple, qui affichent un rendement de 21,4 %. La cellule solaire la plus efficace au monde à ce jour, présenté récemment par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (ISE), atteint même 47,6 %. Il s'agit d'un module dit « en tandem », composé de plusieurs couches, notamment de phosphure de gallium et d'indium et d'arséniure de gallium et d'indium. L'utilisation de différents matériaux semi-conducteurs permet d'exploiter différentes longueurs d'onde de la lumière solaire.
Un avenir prometteur : la pérovskite associée à l'indium
Les minéraux du groupe des pérovskites sont également considérés comme prometteurs pour les cellules solaires de demain : il s'agit de matériaux semi-conducteurs synthétiques et semi-organiques qui allient un rendement élevé à de faibles coûts de fabrication. Ils sont souvent utilisés dans les cellules en tandem. A Équipe de recherche allemande (PDF) ont atteint un rendement de 24 % en associant une cellule solaire à couche mince en pérovskite à une seconde cellule composée de semi-conducteurs organiques. La clé de ce succès réside dans la “ couche ultra-fine ” de 1,5 nanomètre d’oxyde d’indium qui relie les deux cellules, explique Tim Becker, doctorant à l’université de Wuppertal spécialisé dans ce qu’on appelle les interconnexions. Plus la connexion est fine, plus les pertes sont faibles.
Innovation : des cellules solaires invisibles et des systèmes photovoltaïques fabriqués à partir de déchets
Même des cellules solaires pratiquement invisibles peuvent être mises au point grâce à ce métal transparent : des scientifiques de l'université de Tohoku, au Japon, ont rJ'en ai récemment mis au point un. Ils ont utilisé une électrode en oxyde d'indium-étain (ITO). Ce module solaire pourrait atteindre une transparence de 79 %, et son rendement est également 1 000 fois supérieur à celui d'un dispositif de référence équipé d'une électrode ITO classique.
Le consortium de recherche européen FlexFunction2Sustain, quant à lui, a associé une électrode en ITO à du plastique issu de matériaux d'emballage utilisés pour les sachets de boissons – la création de la première cellule solaire organique à base de matériaux recyclés. Il s'agit d'un domaine d'application qui pourrait prendre de plus en plus d'importance en matière de développement durable.
La transition énergétique pourrait encore accroître la demande d'indium
Les nombreux exemples issus de la recherche nous donnent un indice : bien que l'indium joue rarement un rôle prépondérant, ce métal technologique pourrait apporter une contribution décisive au développement de nouvelles technologies photovoltaïques innovantes.
En conséquence, le Agence allemande des ressources minérales (DERA) (PDF) considère que le photovoltaïque à couche mince, ainsi que les technologies d'affichage, constituent le domaine d'application le plus important pour l'indium, avec un fort potentiel de croissance. L'importance de cette matière première pour ces technologies d'avenir est toutefois contrebalancée par sa disponibilité limitée, car elle est considérée comme très rare. Le principal producteur est la Chine ; l’année dernière, 530 tonnes de raffinade y ont été produites, contre 920 tonnes à l’échelle mondiale, selon l'U.S. Geological Survey (PDF). À titre de comparaison, la même année, La production mondiale d'or s'élevait à environ 3 000 tonnes.
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