> > > > La coopération dans le domaine de la recherche entre l‘ISE, le CEA-Leti et Soitec : un exemple phare de collaboration franco-allemande

Fraunhofer ISE

La coopération dans le domaine de la recherche entre l‘ISE, le CEA-Leti et Soitec : un exemple phare de collaboration franco-allemande

« Nous devrions (...) nous orienter vers une approche plus européenne. »

Frank Dimroth, Institut Fraunhofer pour les Systèmes Énergétiques Solaires (Fraunhofer ISE)

Office franco-allemand pour les énergies renouvelables (OFAEnR) : Comment est née la collaboration entre l’Institut Fraunhofer pour les Systèmes Énergétiques Solaires (ISE), le CEA-Leti et Soitec ? Et quels étaient les objectifs des partenaires ?

Dr Frank Dimroth (FD) : Nos rapports avec le CEA-Leti remontent aux années 1990. À l’époque, nous avions établi un partenariat avec cet institut dans le cadre d’un projet européen commun ; grâce à sa grande expertise dans le domaine de la microélectronique, le CEA-Leti a alors joué un rôle décisif. Une fois le projet mené à bout, le contact a été maintenu ponctuellement jusqu’en 2009, année pendant laquelle nous avons eu l’opportunité de mettre en place des projets de coopération entre Fraunhofer et les instituts Carnot. Nous nous sommes alors lancés dans un projet nommé Solarbond, qui nous a permis de bénéficier du savoir-faire du CEA-Leti dans le domaine de la microélectronique pour développer des cellules photovoltaïques encore plus efficaces.

L’expertise de l’Institut Fraunhofer ISE est essentiellement centrée sur le photovoltaïque, notamment la fabrication de cellules solaires particulièrement efficaces, alors que le CEA-Leti  est pour sa part spécialisé dans le domaine de la microélectronique. L’intérêt était de découvrir si l’association de ces deux domaines de recherche présenterait de nouvelles chances pour le développement de produits innovants. Le lancement du projet Solarbond s’est très bien passé. Nous avons très vite été en mesure de présenter des premiers résultats sur le plan technologique et avons ainsi rapidement attiré l’attention de la société française Soitec qui développe ce qu’on appelle les engineered substrates (substrats pour circuits intégrés). En 2009, Soitec a repris une Spin-off de l’institut Fraunhofer ISE, active dans le domaine des systèmes photovoltaïques à concentration. Tout ceci a mené à la fondation d’un consortium entre les différents partenaires – ISE, CEA-Leti et Soitec –, avec pour objectif le développement de cellules photovoltaïques à très haute efficacité et leur déploiement dans le segment spécifique du photovoltaïque à concentration.

Notre collaboration vise une augmentation du rendement s’accompagnant d’une baisse des coûts proportionnellement à la surface ; bien entendu, il faut veiller à ce qu’un meilleur taux de rendement n’implique pas d’augmentation trop importante des frais de matériaux entraînant à son tour une hausse des coûts liés à la production d’électricité. Par conséquent, outre l’augmentation du rendement, il est primordial de tenir compte de l’efficacité des coûts lors des processus de fabrication. C’est notamment ici que le savoir-faire de Soitec dans le secteur des substrats pour circuits intégrés est requis puisque la société est spécialisée dans l’optimisation du besoin en matériaux pour la fabrication des semi-conducteurs.

Sur les cellules solaires à multijonctions que nous avons développées, le nombre de jonctions pn empilées les unes sur les autres est plus élevé qu’il n’était habituel jusqu’à présent. Notre innovation consiste dans le passage d’une cellule photovoltaïque triple jonction à une nouvelle cellule à quadruple jonction ; dans cette optique, nous recourons à de nouveaux procédés, comme la procédure de collage de couches « Wafer-Bonden ».

 

OFAEnR : Quels ont été les résultats obtenus par ce projet ?

FD : Depuis près de 20 ans, Fraunhofer ISE travaille au développement de la technologie des systèmes photovoltaïques à concentration, dont la demande est particulièrement élevée dans les régions du monde à fort ensoleillement. Le lancement de cette technologie sur le marché a été un succès. Néanmoins, nous continuons de travailler sur de nouvelles baisses de coûts possibles en prenant en considération l’ensemble du système.
En 2011 déjà, les chercheurs de l’Institut Fraunhofer ISE s’étaient vu remettre le prix franco-allemand de l’Économie dans la catégorie « Innovation – Nouvelles technologies », pour leurs travaux de recherche en collaboration avec leurs collègues français de l’institut Carnot CEA-Leti. Ce prix est décerné par la Chambre franco-allemande de Commerce et de l’Industrie et récompense les résultats obtenus au cours des deux années de travail de recherche commun.
Grâce aux caractéristiques innovantes de nos cellules photovoltaïques à quadruple jonction, nous avons établi en septembre 2013 un nouveau record mondial dans le domaine de la conversion d’énergie solaire en électricité : pour la première fois, nous avons atteint un rendement de 44,7 %, avec un facteur de concentration solaire égal à 297. Nous avons ainsi fourni la preuve que le partage d’expériences de différents acteurs porte davantage de fruits que le travail isolé de chacun.

 

OFAEnR : Quelles sont selon vous les perspectives de la collaboration franco-allemande entre l’Institut Fraunhofer ISE, le CEA-Leti et Soitec ? Quelles opportunités et obstacles identifiez-vous dans la poursuite de cette coopération ?

FD : La coopération entre FraunhoferISE, le CEA-Leti et Soitec ne s’est pas arrêtée avec l’aboutissement du projet Solarbond en 2011. Elle se poursuit aujourd’hui encore avec la fabrication de cellules photovoltaïques hautement performantes dans le cadre d’une coopération industrielle initiée par la société Soitec.
Les résultats de nos travaux de recherche des dernières années ont montré qu’il est possible dans de courts délais de réaliser une nouvelle amélioration significative du taux de rendement. Nous faisons face à une concurrence internationale accrue qui nous motive tous. Dans ce contexte, nous souhaitons poursuivre dans un avenir proche notre travail avec notre partenaire Soitec afin d’atteindre à plus long terme la barre des 50 % de taux de rendement. Nous voulons montrer qu’il est possible, tout en tenant compte de l’efficacité des coûts bien sûr, d’aller très loin dans le développement de cette technologie. Nous estimons que des taux de 47 à 50 % devraient pouvoir être atteints à échéance raisonnable.
Il est du coup primordial pour nous de savoir si nous pourrons maintenir une continuité dans notre travail commun de recherche et de développement. Nous ne manquons pas d’idées sur les innovations que nous souhaitons introduire dans le secteur du photovoltaïque et sur les progrès que nous pouvons réaliser dans le développement de produits innovants en Europe. Ce qui démarque particulièrement l’Institut Fraunhofer ISE et du CEA-Leti, c’est notre proximité au marché et notre travail direct avec des entreprises industrielles avec pour objectif d’apporter à ces sociétés un avantage compétitif grâce à nos produits.

C’est pour cette raison que nous sommes activement engagés dans l’obtention de fonds pour la recherche, ce qui s’avère être au bout du compte assez difficile puisque, dans les deux pays, les conditions d’octroi des aides sont encore fortement tributaires des spécificités nationales. Ainsi, en Allemagne, on subventionne avant tout des projets allemands et, en France, des projets français. Ajoutons à cela au niveau européen l’obligation de principe selon laquelle au moins trois pays doivent participer à un projet de recherche pour obtenir une aide financière. Nous cherchons actuellement une solution qui nous permettra de renforcer davantage la collaboration entre la France et l’Allemagne. A ce propos, nous projetons de mettre en place un laboratoire virtuel grâce auquel le CEA-Leti et l’ISE pourront constituer un groupe de recherche commun. Ce concept ne requiert aucun nouveau bâtiment, mais permet d’utiliser conjointement les infrastructures déjà en place, construites au cours des dernières décennies avec beaucoup de moyens et dont les fonctionnalités ont fait leurs preuves. L’avantage de ce concept réside dans la disponibilité immédiate et dans la différence des installations des deux laboratoires.

À l’heure actuelle, ce projet est financé uniquement par des fonds internes du CEA-Leti et du Fraunhofer ISE, ce qui nous pousse à chercher activement des subventions publiques. Dans le cadre de l’agenda franco-allemand, les deux pays avaient déjà donné leur accord de principe pour soutenir des groupes de recherche communs. En tant que projet pilote fort d’un parcours jusqu’ici couronné de succès et en étroite coopération avec l’industrie, nous espérons vivement trouver l’appui nécessaire.

La question du financement est absolument cruciale puisque c’est d’elle que dépend la possibilité de poursuivre ce projet de coopération de recherche. Nous espérons que les gouvernements allemand et français sauront le reconnaître et nous accorderont par conséquent les subventions qui nous font encore défaut.

 

OFAEnR : Où situeriez-vous l’Institut Fraunhofer ISE dans le contexte franco-allemand ?

FD : Lors de notre recherche pour trouver des partenaires à haut niveau d’expertise dans le domaine qui nous intéresse, nous avions déjà fait connaissance avec nos collègues français avec qui nous entretenons depuis une collaboration transfrontalière très étroite. Nous nous sentons souvent plus proches de nos partenaires français que d’autres acteurs allemands, et ce non seulement sur des questions de fond, mais également d’un point de vue géographique. Par ailleurs, la proximité de la Suisse et de l’Autriche facilite les collaborations également avec ces deux pays.
En général, les projets européens qui impliquent plusieurs pays n’offrent pas une interaction aussi étroite que celle que nous entretenons avec le CEA-Leti. Nous avons par exemple décidé conjointement de développer des stratégies communes qui nous permettront de parler d’une même voix avec des partenaires industriels potentiels et de former ensemble les doctorants qui travailleront dans nos deux instituts.

 

OFAEnR : D’une manière générale, quelle importance accordez-vous aux coopérations franco-allemandes dans le domaine de la recherche ? Quelle création de valeur représentent-elles ?

FD : Globalement, je pense qu’en Europe nous devrions prendre nos distances avec les conceptions d’approche nationale et nous orienter vers une approche plus européenne. À cet égard, la coopération dans le domaine de la recherche pourrait poser les jalons de cette approche.

Dans le secteur du photovoltaïque, nous faisons face à une pression concurrentielle très forte ; les fabricants asiatiques notamment mettent sur le marché des modules standards à base de silicium à des prix très attractifs. Des produits présentant les mêmes rendements peuvent être fabriqués presque dans le monde entier. C’est pour cette raison que, pour nous Européens, il est de particulièrement important de fabriquer des produits qui offrent un degré d’innovation plus élevé afin de permettre à nos entreprises de se démarquer. Nous pensons que l’efficacité est précisément un critère de distinction de premier ordre dans le secteur du photovoltaïque. Parallèlement aux systèmes photovoltaïques à concentration, qui sont surtout conçus pour les régions du globe à fort ensoleillement, nous misons aussi sur l’innovation et l’amélioration de l’efficacité dans d’autres concepts comme la production simultanée de chaleur et d’électricité ou le secteur des modules plans.

Les coopérations de recherche franco-allemandes détiennent un potentiel d’innovation particulièrement élevé puisque la France et l’Allemagne disposent de très bons systèmes éducatifs et que leurs grandes écoles, universités et instituts de recherche jouissent d’une excellente réputation. À cet égard, l’infrastructure des deux pays est idéale et offre les meilleures conditions possibles pour des recherches axées sur l’innovation. En particulier le thème de l’énergie revêt une importance primordiale en Europe, et c’est pour cette raison que nous avons absolument besoin de coopérations de recherche performantes dans ce domaine. Ajoutons que la France et l’Allemagne sont des pays industrialisés très développés, accueillant de nombreuses entreprises qui peuvent profiter de nos travaux dans le secteur de la recherche appliquée et renforcer ainsi leur compétitivité.

 

Si vous souhaitez prendre contact avec Dr. Frank Dimroth, directeur du département Épitaxie et cellules photovoltaïques de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires (Fraunhofer ISE) :
Dr Frank Dimroth
III-V Epitaxie und Solarzellen
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE)
Heidenhofstraße 2
79110 Freiburg
Allemagne
Tél : +49 761 4588-5258
http://www.ise.fraunhofer.de/

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