Modules solaires tandem : le Fraunhofer ISE bat des records d’efficacité

Le Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), un leader mondial de la recherche solaire, vient d’annoncer une avancée technologique majeure. Ses chercheurs ont développé deux prototypes de modules photovoltaïques en configuration tandem qui établissent de nouveaux records mondiaux d’efficacité de conversion. Cette percée ouvre la voie à une nouvelle génération de panneaux solaires, bien plus performants que les technologies actuelles dominantes.

Des records d’efficacité validés en laboratoire

Les deux modules développés démontrent le potentiel extraordinaire des cellules multijonctions pour dépasser les limites physiques du silicium seul. Leurs performances ont été mesurées et certifiées de manière indépendante.

Un module à 34,2 % d’efficacité, un record mondial

Le premier module, le plus performant, associe des cellules à base de matériaux dits « III-V » (comme le gallium et l’arséniure de gallium) déposées sur un substrat en germanium. Grâce à des structures anti-reflet optimisées, il atteint une efficacité de conversion de la lumière en électricité de 34,2 %. Ce chiffre en fait officiellement le module solaire le plus efficace jamais fabriqué.

Un module tandem silicium à 31,3 %, plus proche de l’industrie

Le second module combine des cellules III-V avec une cellule solaire en silicium en dessous. Il atteint une efficacité de 31,3 %. Cette configuration est particulièrement prometteuse car elle s’appuie partiellement sur la technologie silicium, largement maîtrisée et déployée à l’échelle industrielle, facilitant ainsi une future commercialisation.

Comment la technologie tandem repousse-t-elle les limites ?

Les panneaux solaires classiques en silicium monocristallin, qui équipent la majorité des toits aujourd’hui, approchent leur limite théorique maximale d’efficacité, située autour de 29,4 %. La technologie tandem permet de franchir ce plafond.

Le principe est d’empiler deux cellules photovoltaïques différentes, chacune étant « calibrée » pour absorber une partie spécifique du spectre solaire. La cellule supérieure capture efficacement la lumière bleue et verte (haute énergie), tandis que la cellule inférieure capture la lumière rouge et infrarouge (basse énergie). Cette division du travail réduit considérablement les pertes d’énergie sous forme de chaleur, ce qui se traduit par un rendement global bien supérieur. Pour en savoir plus sur les principes physiques du photovoltaïque, vous pouvez consulter les ressources du National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Des applications prometteuses pour une énergie plus dense

Ces modules à très haut rendement ne sont pas destinés à remplacer immédiatement les panneaux standards pour toutes les installations. Leur valeur ajoutée est cruciale dans les cas où l’espace est limité ou où la densité de puissance est primordiale :

• Intégration photovoltaïque au bâti (BIPV) : Sur des façades ou des toitures de faible surface, maximiser la production.
• Applications mobiles et véhicules : Pour l’alimentation de drones, de véhicules électriques légers ou en complément d’énergie.
• Centrales au sol à haut rendement : Réduire l’empreinte au sol pour une production donnée, un enjeu majeur pour la préservation des terres.

La voie vers l’industrialisation et l’avenir du solaire

Ces records ne sont pas qu’une prouesse de laboratoire. Ils reposent sur l’optimisation de procédés industriels comme le dépôt en phase vapeur des matériaux III-V et l’assemblage précis des cellules. La collaboration du Fraunhofer ISE avec des partenaires industriels est une étape clé pour réduire les coûts de fabrication et préparer une production à plus grande échelle.

À long terme, l’objectif est de faire baisser le coût nivelé de l’énergie (LCOE) solaire en produisant plus d’électricité sur la même surface. Dans un contexte de transition énergétique accélérée et de compétition pour l’usage des sols, ces technologies à haute densité énergétique pourraient jouer un rôle déterminant pour décarboner notre mix électrique. Les prochains défis pour le Fraunhofer ISE et ses concurrents mondiaux seront d’améliorer la durabilité, la stabilité à long terme et la compétitivité économique de ces modules tandem.