FR3077679A1 - Cellule photovoltaique avec proteines luminescentes - Google Patents

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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Abstract

L'invention concerne une cellule photovoltaïque (200) multi-couches comprenant : - une couche absorbeur (104) ayant un spectre d'absorption comprenant un maximum dans le domaine visible et apte à convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique ; - une couche tampon (103) au contact de la couche absorbeur de manière à réaliser une hétérojonction ; - une couche additionnelle (201) située entre l'extérieur de la cellule et la couche tampon et comprenant des protéines luminescentes ayant spectre d'absorption comprenant au moins un maximum dans le domaine ultra-violet et un spectre de réémission comprenant au moins un maximum dans le domaine visible.

Description

Cellule photovoltaïque avec protéines luminescentes
La présente invention concerne le domaine des énergies renouvelables photovoltaïques et en particulier de l’amélioration des rendements de conversion de cellules photovoltaïques.
Elle trouve des applications dans les secteurs production d’énergie électrique.
L’invention concerne les cellules photovoltaïques multi-couches, comprenant plusieurs couches minces, et en particulier les cellules CIGS pour « Copper-Indium-Gallium-Selenide » soit cuivre-indium-gallium-séléniure en français. Toutefois, l’invention n’est aucunement restreinte à une telle cellule, comme il sera compris à la lecture de ce qui suit.
La Figure 1 illustre une cellule multi-couches, en particulier une cellule CGIS.
La cellule 100 peut comprendre des contacts métalliques 101, par exemple en nickel/aluminium, encapsulés dans une couche fenêtre 102 apte à laisser passer l’énergie lumineuse issue de l’extérieur de la cellule 100. Par exemple, la couche fenêtre peut être composée d’oxyde de zinc ZnO, ou d’oxyde de zinc intrinsèque iZnO (non dopé). Par exemple, la couche fenêtre peut être composée d’un mélange de ZnO et de iZnO. Un tel mélange permet à la fois d’être transparent et conducteur. En effet, bien que le ZnO intrinsèque ne soit pas conducteur, la conduction est permise grâce au matériau ZnO dopé en aluminium.
La cellule 100 comprend en outre une couche tampon 103, par exemple une couche de séléniure de cadmium CdS, et une couche absorbeur 104, telle qu’une couche CGIS dans le cas d’une cellule 100 CIGS.
La couche tampon 103 a pour rôle de former une hétérojonction avec la couche absorbeur 104, et permet en outre de passiver les états de surface du CIGS et de protéger en ouvre la surface du CIGS lors des étapes de dépôt durant la fabrication de la cellule 100.
La couche absorbeur 104 est en outre reliée à une cathode 105, par exemple de molybdène, elle-même déposée sur une couche de support 106, telle qu’un substrat de verre 106 ayant une fonction de support dans l’empilement de couches.
La couche absorbeur 104 est destinée à absorber l’énergie lumineuse afin de générer un courant entre l’anode et l’électrode grâce à une jonction p-n. De tels principes sont bien connus et ne sont pas détaillés davantage dans la présente demande. La couche absorbeur 104 absorbe ainsi les photons présents dans le spectre solaire AM1.5g et une telle absorption atteint son maximum entre 500 et 1000 nm.
La caractérisation de l’efficacité d’une cellule peut être réalisée par mesure de l’efficacité quantique externe, notée EQE. La figure 2 illustre les valeurs d’EQE en fonction de la longueur d’ondes de la lumière reçue dans le cas d’une cellule CIGS selon l’art antérieur.
La courbe illustrée sur la figure 2 permet de visualiser la gamme spectrale sur laquelle une cellule collecte efficacement les photons du spectre solaire pour les convertir ensuite en courant.
Comme il peut être constaté sur la figure 2, une cellule CIGS selon l’art antérieur présente des lacunes en absorption dans le domaine 202 de l’infrarouge, notamment pour les longueurs d’onde supérieures à 1000 nm, et dans le domaine 201 des ultra-violet UV (notamment pour les longueurs d’onde inférieures à 450 nm).
Ces deux lacunes sont dues à des raisons distinctes, à savoir :
- La couche absorbeur 104 a une absorption et une conversion de photons qui dépend de sa composition en indium et en gallium : ainsi, le séléniure d’indium de cuivre présente une bande interdite à 1,0 eV alors que le séléniure de gallium de cuivre présente une bande interdite à 1,7 eV. Dans le cas d’une cellule CIGS utilisée pour des besoins expérimentaux dans le cadre de la présente invention, la composition en indium /gallium permet d’obtenir un absorbeur dont l’énergie de bande est comprise entre 1,15 et 1,20 eV. L’efficacité thermodynamique d’une cellule solaire à simple jonction est bornée par la limite de Schockley-Queisser. Cette limite physique de 30% est atteignable dans le cas où le matériau semi-conducteur présente une énergie comprise entre 1,1 et 1,5 eV, et le matériau absorbeur limite par conséquent l’absorption des photons dans l’infrarouge, qui sont moins énergétiques ;
- La couche tampon 103, par exemple de type CdS, peut être une fine couche de 50 nm. En outre, la couche tampon CdS présente une énergie de bande de 2,42 eV : autrement dit, la couche tampon commencera à absorber les photons à une longueur d’onde inférieure à 520 nm. Ainsi, à ces longueurs d’onde, les photons ne sont pas transmis de manière efficace vers la couche absorbeur 104. L’exemple est donné pour une couche tampon de type CdS mais le même phénomène se produit pour des couches tampon de compositions différentes.
Les deux lacunes identifiées ci-dessous conduisent ainsi à une perte d’efficacité.
La présente invention vise à améliorer la situation, notamment à combler la deuxième lacune évoquée ci-dessus.
Un premier aspect de l’invention concerne une cellule photovoltaïque multi-couches comprenant :
- une couche absorbeur ayant un spectre d’absorption comprenant un maximum dans le domaine visible et apte à convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique ;
- une couche tampon au contact de la couche absorbeur de manière à réaliser une hétérojonction ;
- une couche additionnelle située entre l’extérieur de la cellule et la couche tampon et comprenant des protéines luminescentes ayant spectre d’absorption comprenant au moins un maximum dans le domaine ultra-violet et un spectre de réémission comprenant au moins un maximum dans le domaine visible.
Ainsi, la couche additionnelle permet de convertir l’énergie lumineuse dans les UV en énergie lumineuse dans un domaine de longueurs d’onde absorbé par la couche absorbeur. En effet, la couche tampon absorbe généralement l’énergie lumineuse dans les UV et cette énergie lumineuse est donc normalement perdue ce qui conduit à une baisse de l’efficacité de la cellule photovoltaïque.
Selon un mode de réalisation, la couche absorbeur peut comprendre du cuivre, de l’indium, du gallium et du séléniure.
La cellule est alors une cellule dite CIGS dont le spectre d’absorption atteint son maximum entre 500 et 1000 nm, et qui est donc apte à absorber les photons réémis par les protéines luminescentes de la couche additionnelle.
Selon un mode de réalisation, la couche tampon peut être une couche de séléniure de cadmium.
Une telle couche, nommée CdS, absorbe les photons principalement entre 300 et 410 nm, donc dans l’UV et ces photons seraient donc normalement perdus (non convertis en énergie électrique par la couche absorbeur) sans la couche additionnelle.
La couche CdS permet par ailleurs de former une hétérojonction avec la couche absorbeur, permet de passiver les états de surface de la couche absorbeur et de protéger la surface de la couche absorbeur lors des étapes de fabrication de la cellule photovoltaïque.
Selon un mode de réalisation, le maximum du spectre d’absorption des protéines luminescentes peut être compris entre 300 et 410 nm.
Ainsi, le rendement de la cellule est photovoltaïque est améliorée, la couche additionnelle convertissant l’énergie lumineuse dans les UV en énergie lumineuse absorbable par la couche absorbeur, énergie lumineuse qui aurait sinon été absorbée par la couche tampon.
Selon un mode de réalisation, les protéines luminescentes peuvent être des protéines mTurquoise ou mTurquoise 2.
Ce mode de réalisation permet d’améliorer le rendement de la cellule photovoltaïque.
Selon un mode de réalisation, le maximum du spectre d’absorption dans le domaine ultra-violet peut être supérieur à 20%, 40% ou 60%.
Ce mode de réalisation permet d’améliorer le rendement de la cellule photovoltaïque.
Selon un mode de réalisation, la couche additionnelle comprend une matrice d’hydrogel d’agarose intégrant les protéines luminescentes.
Une telle matrice est avantageuse en ce qu’il présente un indice optique de 1,34 permettant de piéger au mieux la lumière dans la couche additionnelle et d’améliorer ainsi le rendement de la cellule photovoltaïque.
Selon un mode de réalisation, la couche additionnelle peut avoir une épaisseur de l’ordre du micromètre.
Selon un mode de réalisation, la couche additionnelle peut avoir un indice optique compris entre 1 et 1,9.
Ceci permet de piéger au mieux la lumière dans la couche additionnelle et d’améliorer ainsi le rendement de la cellule photovoltaïque.
Un deuxième aspect de l’invention un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque comprenant l’ajout d’une couche additionnelle sur un empilement de couches comprenant au moins une couche absorbeur ayant un spectre d’absorption comprenant un maximum dans le domaine visible et apte à convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique et une couche tampon au contact de la couche absorbeur de manière à réaliser une hétérojonction, ladite couche additionnelle située entre l’extérieur de la cellule et la couche tampon et comprenant des protéines luminescentes ayant spectre d’absorption comprenant un maximum dans le domaine ultra-violet et un spectre d’émission comprenant un maximum le domaine visible.
Selon un mode de réalisation, le procédé peut comprendre en outre, avant l’ajout de la couche additionnelle, le traitement par UV-ozone de l’empilement de couches.
Un tel mode de réalisation permet un dépôt homogène de la couche additionnelle sur la couche externe de l’empilement de couches.
Selon un premier mode de réalisation, la couche additionnelle peut être réalisée par solubilisation des protéines luminescentes dans une solution tampon, la couche additionnelle peut être déposée sur une couche externe de l’empilement de couches afin de former un film et le procédé peut comprendre en outre une étape de séchage à l’air libre du film formé sur la couche externe.
Un tel premier mode de réalisation permet de disperser de manière homogène les protéines luminescentes dans la couche additionnelle. En outre, le séchage à l’air libre permet de limiter les effets de bord rencontrés pendant un séchage sur plaque chauffante.
Selon un deuxième mode de réalisation, la couche additionnelle peut être réalisée par intégration des protéines luminescentes dans une matrice d’hydrogel d’agarose, la couche additionnelle peut être déposée sur la couche tampon afin de former un film et le procédé peut comprendre en outre une étape de refroidissement du film formé sur la couche tampon.
Le deuxième mode de réalisation permet d’améliorer la longévité de la couche additionnelle, et le choix de l’hydrogel d’agarose permet en outre de conférer à la couche additionnelle un indice optique permettant de piéger au mieux la lumière, améliorant ainsi le rendement de la cellule photovoltaïque.
En complément, le procédé comprend une étape de préparation de la matrice d’hydrogel d’agarose sur plaque chauffante à une température supérieure à 50°C, par exemple à 60°C, puis l’intégration des protéines luminescentes dans la matrice d’hydrogel d’agarose à température ambiante, inférieure à 50°C.
Ceci permet de faciliter l’intégration des protéines luminescentes sans dégrader leurs propriétés luminescentes.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 illustre une cellule photovoltaïque selon l’art antérieur;
- la figure 2 illustre un spectre d’absorption de la cellule photovoltaïque de la figure 1 ;
- la figure 3 illustre une cellule photovoltaïque selon un mode de réalisation ;
- la figure 4a présente un diagramme d’absorption de la protéine mTurquoise ;
- la figure 4b présente un diagramme de réémission de la protéine mTurquoise ;
- la figure 4c illustre le processus de désexcitation radiative autonome pour la fluorescence ;
- la figure 5 est un diagramme illustrant les étapes d’un procédé de fabrication selon des modes de réalisation de l’invention.
La Figure 3 illustre une cellule photovoltaïque 200 selon un mode de réalisation de l’invention.
La structure illustrée reprend la cellule CIGS illustrée en figure 1, appelée ci-après « empilement de couches », sur laquelle une couche additionnelle 201 est ajoutée. Toutefois, l’invention s’applique à n’importe quel empilement de couches comprenant au moins une couche absorbeur et une couche tampon au contact de la couche absorbeur de manière à réaliser une hétérojonction. Comme indiqué ci-avant, la couche tampon 103 tend à absorber l’énergie lumineuse dans le domaine des UV, énergie lumineuse qui n’atteint par conséquent pas la couche absorbeur 104.
La couche additionnelle est déposée sur une couche externe de l’empilement de couches. Dans l’exemple spécifique de la figure 3, la couche externe est la couche fenêtre 102.
La présente invention propose de tirer parti de la propriété luminescente, en particulier fluorescente, de certaines protéines, comme détaillé ci-après.
De manière courante, les protéines luminescentes, en particulier fluorescentes, sont utilisées dans le domaine de la biologie. Leur propriété de fluorescence est exploitée pour le marquage cellulaire et la détection d’anomalie. Afin de réaliser ce marquage, les protéines fluorescentes peuvent être attachées à des anticorps, des protéines, des acides aminés ou peptides afin d’établir le sondage spécifique et afin de détecter l’élément cellulaire cible.
La protéine fluorescente est alors attachée chimiquement ou biologiquement spécifiquement à une région ou à un groupe fonctionnel sur la molécule cible.
L’un des marquages les plus connus et communs est réalisé avec la protéine fluorescente verte naturelle, ou GFP pour « Green Fluorescent Protein » en anglais.
Cette unique application de la fluorescence des protéines dans la biologie est utilisée à plusieurs niveaux : la microscopie de fluorescence et la macrophotographie.
La fluorescence peut également être étudiée à l’échelle macroscopique, par introduction de la protéine fluorescente dans des êtres vivants (poissons, souris, etc). Une telle modification du code génétique a été réalisée pour diverses motivations : artistique, repérage de la pollution de l’eau, compréhension de la narcolepsie, etc.
L’application des protéines fluorescentes est toutefois réduite à l’heure actuelle à ces deux méthodes de marquage par fluorescence.
La présente invention prévoit ainsi une nouvelle utilisation de ces protéines afin de provoquer un « glissement spectral » (« downshifting » en anglais) de la longueur d’onde de photons incidents de la cellule photovoltaïque dans le but d’augmenter le rendement de la cellule.
A ce jour, seuls des colorants organiques ou des « quantum dots » sont utilisés, mais qui ne sont ni performants, ni économiques, voire qui sont composés d’éléments toxiques.
L’invention prévoit d’utiliser, dans la couche additionnelle 201, des protéines luminescentes absorbant dans un domaine proche du domaine d’absorption de la couche tampon 103 (le domaine des UV notamment).
On entend par « absorbant dans un domaine donné » une protéine dont le spectre d’absorption comprend au moins un maximum dans le domaine donné.
On entend par maximum, tout maximum au moins local, voire global. Un maximum local est une valeur du spectre d’absorption correspondant à une longueur d’onde Àmax pour lequel on peut définir un intervalle ouvert, dans lequel Àmax est inclus et dans lequel la valeur du spectre d’absorption correspondant à Àmax est supérieure ou égale à n’importe quelle valeur du spectre d’absorption dans cet intervalle.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le maximum du spectre d’absorption dans le domaine UV est supérieur à 20%, de préférence à 40%, et de préférence à 60%.
En outre, le maximum du spectre d’absorption des protéines luminescentes peut être avantageusement compris entre 300 et 410 nm. De manière avantageuse, l’ensemble du spectre d’absorption des protéines luminescentes sur le domaine 300 et 410 nm est supérieur à 20%, voire à 40% ou à 60%.
La protéine luminescente selon l’invention est également choisie de manière à réémettre dans un domaine dans lequel la couche absorbeur 104 absorbe la lumière, tel que qu’un domaine inclus dans le domaine visible notamment. On entend par « réémettre dans un domaine donné », une protéine luminescente dont le spectre de réémission comprend au moins un maximum dans le domaine donné. On appelle généralement « domaine visible », le domaine de longueurs d’onde entre 400 et 800 nanomètres.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le maximum du spectre de réémission dans le domaine visible est supérieur à 20%, de préférence à 40%, et de préférence à 60%.
Selon l’invention, les protéines luminescentes sont comprises dans une couche additionnelle 201 illustrée sur la figure 3, la couche supplémentaire étant située entre l’extérieur de la cellule et la couche tampon 103, sur une couche externe de l’empilement de couches (couche fenêtre 102 illustrée sur la figure 3), de manière à recevoir les photons incidents avant qu’ils ne parviennent à la couche tampon 103. L’énergie lumineuse dans les UV est ainsi convertie dans le domaine visible qui n’est pas absorbé par la couche tampon 103, mais qui est bien absorbé par la couche absorbeur 104, résultant ainsi en un gain de rendement énergétique.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les protéines suivantes peuvent être utilisées dans la cellule photovoltaïque :
- mTurquoise ; et/ou
- mTurquoise 2. La protéine mTurquoise 2 est obtenue par modification génétique de la protéine mTurquoise, et permet d’élever le rendement de conversion énergétique de 84% à 93%.
La figure 4a illustre le spectre d’absorption de la protéine mTurquoise. Comme il peut être constaté, la protéine mTurquoise absorbe dans le domaine des UV référencé 401 et également dans le domaine référencé 402 de 400 à
475 nm, mais n’absorbe pas dans le domaine intermédiaire référencé 403 entre 300 et 400 nm.
En particulier, la protéine mTurquoise absorbe entre 250 et 300 nm, avec un maximum 404 (local et global) vers 280 nm.
La Figure 4b illustre le spectre de réémission de la protéine mTurquoise. Comme il peut être constaté, la protéine mTurquoise réémet dans un domaine 405 appartenant au domaine du visible avec un maximum 406 (local et global) vers 475 nm.
Un tel mécanisme de transfert de l’énergie est illustré en référence à la figure 4c. Un photon capté dans les UV est réémis à une énergie moindre, et donc à une longueur d’onde supérieure, dans le domaine visible notamment.
La protéine mTurquoise a été décrite ici, mais l’invention s’applique à toute autre protéine présentant des caractéristiques permettant d’absorber l’énergie lumineuse dans un domaine de longueurs d’onde qui aurait sinon été absorbé par la couche tampon103, et qui réémet dans un domaine de longueurs d’onde absorbées par la couche absorbeur 104.
La présente invention concerne en outre un procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque comprenant l’ajout de la couche additionnelle 201 sur l’empilement de couches illustré sur la figure 1, afin d’obtenir la cellule illustrée en référence à la figure 3. Comme indiqué, la couche additionnelle 201 comprend des protéines luminescentes présentant les caractéristiques décrites ci-dessus.
L’invention prévoit en particulier deux modes de réalisation distincts pour un tel procédé de fabrication.
Une étape 501, commune à ces deux modes de réalisation, consiste à obtenir un empilement de couches comprenant au moins une couche absorbeur ayant un spectre d’absorption comprenant un maximum dans le domaine visible et apte à convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique et une couche tampon au contact de la couche absorbeur de manière à réaliser une hétérojonction. Il peut par exemple s’agir d’un empilement de couches bien connu tel que la cellule de l’art antérieur illustrée en référence à la figure 1. En particulier, la couche tampon 103 peut être une couche CdS et la couche absorbeur 104 peut être une couche CIGS.
L’étape 502 optionnelle et commune aux deux modes de réalisation sera décrite ultérieurement.
Selon un premier mode de réalisation, le procédé comprend une étape 503 de solubilisation des protéines luminescentes dans une solution tampon aqueuse.
A une étape 504, la solution est déposée directement sur une couche externe de l’empilement de couches (telle que la couche fenêtre 102 illustrée sur les figures 1 et 3) de manière à former un film luminescent qui constitue la couche additionnelle 201. Une telle étape est appelée « drop coating » en anglais et permet de disperser les protéines luminescentes de manière homogène sur la cellule photovoltaïque.
A une étape 505, le film luminescent sèche à l’air libre, ce qui permet de limiter les effets de bords comparativement à un séchage sur plaque chauffante.
Toutefois, afin d’assurer une meilleure protection de la surface de la cellule photovoltaïque, l’invention prévoit un deuxième mode de réalisation pour le procédé de fabrication.
Selon le deuxième mode de réalisation, à une étape 506, les protéines luminescentes sont intégrées dans une matrice d’indice optique optimal de manière à garder une transparence suffisante afin de laisser passer les photons du domaine visible. Par exemple, l’indice optique est préférentiellement compris entre 1 et 1,9, permettant ainsi de mieux piéger la lumière dans la matrice.
A cet effet, la matrice peut être un hydrogel d’agarose, d’indice optique n = 1,34, dans laquelle sont dispersées les protéines. Par exemple, la concentration massique en protéines peut être de 1 % dans le gel d’agarose.
A une étape 506, l’hydrogel d’agarose peut être solubilisé sur plaque chauffante, par exemple à 60°C.
En effet, l’agarose nécessite des températures de chauffe adaptées pour pouvoir y intégrer les protéines luminescentes. La recette pour préparer la matrice agarose/solution tampon est connue et n’est pas détaillée davantage.
La préparation de l’hydrogel est donc adaptée dans le but d’éviter de dénaturer la protéine, de dégrader ses propriétés physiques de fluorescence et d’inhiber ainsi la propriété du film.
A une étape 507, la protéine est ajoutée au mélange, mais en dehors de la plaque chauffante, à température ambiante, notamment à une température inférieure à 50°C. Le mélange est réalisé à chaud afin d’éviter que l’hydrogel ne prenne en masse. Puis le mélange, une fois homogène, est ajouté sur une surface externe de l’empilement de couches, à une étape 508. La cellule 200 est ensuite refroidie à une étape 509.
En outre, en référence à l’étape 502 optionnelle et commune aux deux modes de réalisation, l’interface entre la couche externe, telle que la couche fenêtre 102, de l’empilement de couches 102 à 106, et le film luminescent, avec ou sans agarose, permet préférentiellement un dépôt homogène du film. A cet effet, la couche externe de l’empilement de couches peut être rendue hydrophile afin d’améliorer la mouillabilité de sa surface. L’étape 502 prévoit à cet effet un traitement UV-Ozone de la couche externe de l’empilement de couches. Le traitement UV-Ozone peut être appliqué environ une heure à température ambiante afin d’assurer une baisse de la tension de surface permettant un dépôt homogène du film luminescent. Sans cette étape 502, des phénomènes de pertes à l’interface entre le film luminescent 201 et la couche externe de l’empilement de couches peuvent dégrader l’efficacité optique de la couche additionnelle 201.
En outre, la couche additionnelle 201 a de préférence une épaisseur de l’ordre du micromètre afin de réduire les pertes optiques dues aux effets de guide d’onde vers les bords. En effet, cela permet d’éviter une perte de luminescence par les bords de la couche additionnelle par réflexion totale interne et de concentrer la fluorescence sur l’intérieur de la cellule 200 par réémission isotrope de l’énergie absorbée.
Ce deuxième mode de réalisation permet notamment de surmonter les problèmes identifiés ci-après et fournissent des moyens optimisés pour une intégrer les protéines dans la couche additionnelle :
- les protéines luminescentes présentent une sensibilité à l’air, ce qui signifie qu’elles peuvent se dégrader par exposition à l’air et perdre leurs propriétés de glissement spectral. Un tel problème de longévité de la protéine se retrouve d’ailleurs dans les mesures par microscopie en biologie, qui témoignent d’une dégradation rapide. L’utilisation d’un système optique telle qu’une matrice piégeant les protéines permet d’éviter tout contact externe de la protéine et permet d’imperméabiliser les protéines à l’air ;
- le choix du matériau polymère pour la matrice est réalisé en fonction de son hydro-solubilité car la protéine de mTurquoise n’est soluble que dans l’eau. L’agarose, de par ses propriétés de solubilité permet d’y intégrer la protéine de manière homogène. Le gel d’agarose luminescent sous forme liquide est déposé directement sur la cellule pour y former un film (la couche additionnelle 201), et une telle matrice a donc été choisie pour ne pas dégrader les propriétés optiques des protéines luminescentes ;
- la matrice d’agarose présente un indice de réfraction compris entre 1 et 1,9 et répond ainsi aux exigences de piégeage de lumière dans la couche additionnelle luminescente, ce qui permet de collecter les photons dans la couche additionnelle et de transmettre ensuite la lumière vers les autres couches de la cellule photovoltaïque.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS
    1. Cellule photovoltaïque (200) multi-couches comprenant :
    - une couche absorbeur (104) ayant un spectre d’absorption comprenant un maximum dans le domaine visible et apte à convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique ;
    - une couche tampon (103) au contact de la couche absorbeur de manière à réaliser une hétérojonction ;
    - une couche additionnelle (201) située entre l’extérieur de la cellule et la couche tampon (103) et comprenant des protéines luminescentes ayant spectre d’absorption comprenant au moins un maximum dans le domaine ultraviolet et un spectre de réémission comprenant au moins un maximum dans le domaine visible.
  2. 2. Cellule photovoltaïque selon la revendication 1, dans laquelle la couche absorbeur (104) comprend du cuivre, de l’indium, du gallium et du séléniure.
  3. 3. Cellule photovoltaïque selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la couche tampon (103) est une couche de séléniure de cadmium.
  4. 4. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le maximum du spectre d’absorption des protéines luminescentes est compris entre 300 et 410 nm.
  5. 5. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle les protéines luminescentes sont des protéines mTurquoise ou mTurquoise 2.
  6. 6. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le maximum du spectre d’absorption dans le domaine ultra-violet est supérieur à 20%, 40% ou 60%.
  7. 7. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la couche additionnelle comprend une matrice d’hydrogel d’agarose intégrant les protéines luminescentes.
  8. 8. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la couche additionnelle a une épaisseur de l’ordre du micromètre.
  9. 9. Cellule photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la couche additionnelle (201) a un indice optique compris entre 1 et 1,9.
  10. 10. Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque comprenant l’ajout (504 ; 508) d’une couche additionnelle sur un empilement de couches comprenant au moins une couche absorbeur ayant un spectre d’absorption comprenant un maximum dans le domaine visible et apte à convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique et une couche tampon au contact de la couche absorbeur de manière à réaliser une hétérojonction, ladite couche additionnelle située entre l’extérieur de la cellule et la couche tampon et comprenant des protéines luminescentes ayant spectre d’absorption comprenant un maximum dans le domaine ultra-violet et un spectre d’émission comprenant un maximum le domaine visible.
  11. 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre, avant l’ajout de la couche additionnelle, le traitement par UV-ozone de l’empilement de couches.
  12. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la couche additionnelle est réalisée par solubilisation (503) des protéines luminescentes dans une solution tampon, dans lequel la couche additionnelle est déposée sur une couche externe de l’empilement de couches afin de former un film et dans lequel le procédé comprend en outre une étape de séchage (505) à l’air libre du film formé sur la couche externe.
  13. 13. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la couche additionnelle est réalisée par intégration (507) des protéines luminescentes dans une matrice d’hydrogel d’agarose, dans lequel la couche additionnelle est
    5 déposée sur la couche tampon afin de former un film et dans lequel le procédé comprend en outre une étape de refroidissement (509) du film formé sur la couche tampon.
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, comprenant une étape de 10 préparation de la matrice d’hydrogel d’agarose sur plaque chauffante à une température supérieure à 50°C, par exemple à 60°C, puis l’intégration des protéines luminescentes dans la matrice d’hydrogel d’agarose à température ambiante, inférieure à 50°C.
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