Topcon vs hétérojonction : quelle technologie pour les panneaux solaires tandem pérovskite-silicium ?

Le paysage des cellules solaires à haut rendement est en pleine évolution. Alors que les tandems pérovskite-silicium promettent de dépasser les limites théoriques du silicium seul, le choix de la technologie de cellule de base est crucial. Une étude récente de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie relance le débat : la technologie TOPCon, avec ses coûts de fabrication avantageux, pourrait rattraper son retard sur l’hétérojonction (HJT) et s’imposer comme le socle industriel privilégié pour l’avenir du photovoltaïque tandem.

L’écart de performance se resserre entre topcon et hétérojonction

Pendant longtemps, les cellules à hétérojonction ont détenu un avantage clé : une tension en circuit ouvert (Voc) plus élevée. Cet avantage provient de leurs couches de silicium amorphe intrinsèque, qui offrent une excellente passivation de surface, minimisant les pertes par recombinaison des porteurs de charge.

Cependant, la technologie TOPCon a réalisé des progrès spectaculaires. Grâce à des innovations comme les contacts passivés par oxyde tunnel et le procédé de firing assisté par laser, l’écart de tension avec l’HJT est désormais inférieur à 10 mV. Des cellules TOPCon produites en série atteignent aujourd’hui une Voc de 740 mV. De plus, leurs facteurs de forme dépassent les 84%, se rapprochant ainsi des performances des cellules HJT.

La modélisation des tandems pérovskite-silicium

L’équipe de recherche, dirigée par Rabin Basnet, a modélisé le potentiel des tandems à deux terminaux. Leurs simulations, publiées dans la prestigieuse revue Joule, confirment que les tandems basés sur HJT conservent un rendement de conversion légèrement supérieur, bénéficiant d’un meilleur facteur de forme et d’un courant de court-circuit plus élevé. Mais cet avantage en performance pure doit être mis en balance avec d’autres paramètres industriels décisifs.

Fabrication et coûts : l’avantage décisif de topcon

Le véritable différentiel se situe au niveau de la fabrication et du déploiement à l’échelle industrielle.

• Complexité et coût des procédés : La fabrication des cellules TOPCon implique 8 à 10 étapes à haute température, mais utilise des équipements de dépôt chimique en phase vapeur (LPCVD) bien maîtrisés et moins coûteux. À l’inverse, bien que nécessitant moins d’étapes (4 à 6), la production HJT repose sur des outils de dépôt par plasma (PECVD) plus onéreux et exige des wafers de silicium d’une pureté exceptionnelle.
• Investissement initial : Les lignes de production TOPCon nécessitent un investissement deux à trois fois inférieur par gigawatt comparé aux lignes HJT. Cette compatibilité avec l’infrastructure existante de la technologie PERC facilite la transition pour les fabricants.
• Matériaux critiques : La technologie HJT dépend d’oxydes conducteurs transparents (TCO) souvent à base d’indium, un matériau dont la disponibilité pourrait limiter la montée en volume au-delà de 40 GW par an. TOPCon ne présente pas cette contrainte.

Le coût actualisé de l’électricité (lcoe) comme arbitre

L’analyse économique est sans appel. Les modélisations du LCOE montrent que les tandems basés sur TOPCon, malgré un rendement légèrement inférieur, peuvent atteindre un coût de l’électricité comparable, voire inférieur, à celui des tandems HJT. Ceci est directement dû à leurs coûts de fabrication réduits. Cet argument économique explique les choix stratégiques de géants comme JinkoSolar, Trina Solar ou Hanwha Qcells, qui investissent massivement dans le développement de tandems sur cellule de base TOPCon.

Les défis à relever pour la voie topcon

Pour réaliser pleinement son potentiel dans les architectures tandem, la technologie TOPCon doit encore surmonter certains verrous technologiques :

1. Passivation sur textures : Maintenir une qualité de passivation optimale sur des surfaces texturées (comme les pyramides) pour capter plus de lumière.
2. Absorption parasite : Réduire les pertes optiques dans les couches de poly-silicium des contacts.
3. Stabilité thermique : Garantir la stabilité des couches passivantes lors des étapes de dépôt à température élevée de la pérovskite.

La feuille de route proposée par les chercheurs inclut la texturation double face, la réduction de l’épaisseur du poly-silicium et l’optimisation des contacts métalliques. Leur conclusion est claire : grâce à ses coûts maîtrisés, sa compatibilité industrielle et des performances en rapide progression, TOPCon se positionne comme la voie la plus réaliste pour une production de masse des cellules solaires tandem pérovskite-silicium.