Avatars de lumière Diffusé le

La lumière sculpte la matière

Perçage, usinage, meulage et soudure, les lasers ont révolutionné l'industrie dans les années 70. Aujourd'hui, ils sont de plus en plus précis et puissants. Ainsi, à l'Institut Fraunhofer (Allemagne), un laser permet la fabrication de cellules photovoltaïques ultraperformantes.
Un épisode de la série "Avatars de lumière".

Réalisation : Armand Bernardi

Production : LA HUIT, UNIVERSCIENCE, ARTE G.E.I.E., EPS

Année de production : 2015

Durée : 5min37

Accessibilité : sous-titres français

La lumière sculpte la matière

Klein

Perçages, usinages, meulages, soudures… dans les années 70, les lasers ont révolutionné l'industrie. Leur lumière est devenue un outil précieux pour sculpter la matière. Grâce à sa puissance, mais avec une extrême finesse, elle permet de façonner des objets dont les formes sont impossibles à obtenir par d'autres moyens.

On fabrique en Allemagne des cellules photovoltaïques qui captent la lumière solaire. Elles se servent astucieusement de la lumière laser pour mieux capter... celle qui nous vient du soleil ! 

Fraunhofer ISE : ITW Ralf Preu + animation 

Ralf Preu

Les cellules solaires absorbent la lumière du soleil, qui est un flux de photons. Chaque photon créé un électron excité. Ces électrons, grâce à la conception de la cellule photovoltaïque, sont guidés puis récupérés par les électrodes de la cellule.

Ensuite, ce courant électrique peut être utilisé par toutes sortes d’appareils.

Ralf Preu

Dans une cellule photovoltaïque standard, une grande partie des photons est perdue par la face arrière, car ils sont absorbés par la couche métallique. Dans notre conception, nos cellules ont une couche complétement métallique à l'arrière. Mais entre cette couche métallique et la couche de silicium, nous avons rajouté une couche di-électrique. Cela rend plus efficace la récupération des électrons. Et cela améliore vraiment la performance de la cellule.

Ralf Preu

Comment arrive-t-on à cela ?  Nous utilisons un laser qui crée près de 100 000 points de contacts par cellules et qui traversent cette couche di-électrique … 

Cela permet de sortir de manière plus efficace le courant de la cellule afin de s'en servir.

Klein

Ces couches di-électriques améliorent la collecte des électrons. Elles sont simplement constituées de papier aluminium, le même que celui que vous utilisez dan votre cuisine. Là derrière moi, le laser est en train de coller toutes ces couches ensemble.

Laboratoire 2 avec table laser 

Jan Nakarda, Physicien.

Pour un processus de fabrication classique, nous utilisons une pulsion laser par point de contact. On ne peut pas faire plus rapide. Mais avec la feuille de papier aluminium, comme elle est plus épaisse que les couches conventionnelles, nous avons besoin de plus d'impulsion. Actuellement, nous sommes sur 2 où 3 pulsions laser par point de contact.

Klein

C'est ici, sur ce banc laser que les chercheurs tentent de réaliser le faisceau idéal, afin d'obtenir un résultat parfait pour ces nouvelles cellules photovoltaïques. Mais bien sûr, ils n’utilisent pas n’importe quel laser...

Jan Nakarda, Physicien

Nous utilisons en général des lasers infrarouges car cette longueur d'ondes est pratique pour fondre le métal. Mais le nerf de la guerre, c'est vraiment le calage du laser. Nous devons régler la distribution temporelle et spatiale de l'énergie des pulsions laser. De cette manière, l'aluminium fond dans le silicium, sinon nous n'aurons pas de contact... Mais il ne faut pas non plus qu'il soit fondu trop profondément dans la couche de silicium. Il faut une quantité suffisamment importante d'aluminium qui pénètre le silicium pour former une surface chargée positivement.

Tuning of the laser is really what it is all about... 

Klein

L'usage de lasers de plus en plus précis permet de pousser toujours plus loin les procédés de fabrication.

Et encore, il ne s'agit que de matière inerte. Dans le prochain épisode, nous verrons que les lasers façonnent aussi la matière vivante…

Réalisation : Armand Bernardi

Production : LA HUIT, UNIVERSCIENCE, ARTE G.E.I.E., EPS

Année de production : 2015

Durée : 5min37

Accessibilité : sous-titres français