Rendement de 31 % pour une cellule solaire tandem pérovskite-silicium de 4 cm² : une avancée majeure signée IPVF et TU Delft

La course aux cellules solaires de nouvelle génération vient de franchir un cap décisif. L’Institut Photovoltaïque d’Île-de-France (IPVF) et l’Université technique de Delft (TU Delft) ont annoncé avoir atteint un rendement de conversion de 31 % sur une cellule tandem à deux terminaux (2T) de 4 cm² combinant une couche supérieure en pérovskite et une couche inférieure en silicium. Ce résultat, publié dans le cadre de leurs travaux collaboratifs, représente une étape clé vers l’industrialisation des technologies tandem à haut rendement, car l’ensemble des procédés de fabrication est compatible avec une montée en échelle industrielle.

Une performance record obtenue grâce à des procédés évolutifs

Le dispositif développé associe une cellule inférieure en hétérojonction de silicium nanotexturé conçue par la TU Delft et une cellule supérieure en pérovskite fabriquée par l’IPVF via un revêtement à puces à fente en ambiance ambiante (air). Cette combinaison est cruciale : la nanotexturation du silicium permet de réduire les pertes par réflexion et d’augmenter la densité de courant, tandis que le dépôt de la pérovskite par slot-die coating dans l’air représente une technique bien plus proche des standards industriels que les méthodes de laboratoire classiques (spin-coating ou évaporation sous vide). L’amélioration des performances a également bénéficié d’un ajustement fin de la formulation de l’encre pérovskite et de l’ajout d’un revêtement antireflet optimisé.

Gilles Goaer, directeur technique (CTO) de l’IPVF, souligne : Atteindre une efficacité de 31 % sur une cellule tandem pérovskite/silicium de 4 cm² à deux terminaux, avec tous les procédés de fabrication compatibles avec une montée en échelle industrielle, représente une avancée significative vers la prochaine génération de technologies photovoltaïques. Ce commentaire souligne l’importance de démontrer des performances élevées dans des conditions réalistes de production.

Nanotexturation et revêtement à air ambiant : les clés du succès

Le Dr Liqi Cao, chercheur à la TU Delft, précise : Notre travail sur la cellule inférieure à hétérojonction en silicium s’est concentré sur le développement de nano-textures avancées associées à des traitements plasmatiques adaptés pour améliorer la qualité de la jonction de recombinaison, ce qui est essentiel pour obtenir des dispositifs tandem à haute efficacité. Cette nanotexturation, combinée à une jonction tunnel performante, permet d’atteindre des densités de courant élevées tout en maintenant une excellente qualité de passivation.

De son côté, Chandralina Patra, chercheuse postdoctorale à l’IPVF et à l’École Polytechnique, met en avant l’aspect industriel du procédé : L’an dernier, nous avons rapporté une efficacité de 24 % sur des dispositifs tandem monolithiques de 10 cm² utilisant des cellules inférieures à hétérojonction planaire en silicium développées au LPICM. C’était une étape importante, mais la cellule à fond planaire souffrait de pertes de réflexion, ce qui limitait la densité actuelle. En combinant des cellules inférieures en silicium nanotexturé de TU Delft avec nos cellules supérieures en pérovskite déposées par revêtement à puces à fente en air ambiant, nous avons pu pousser l’efficacité au-delà de 30 %. Plusieurs groupes ont déjà démontré une efficacité supérieure à 30 %, mais beaucoup de ces résultats reposent sur des méthodes de dépôt à l’échelle du laboratoire. Dans notre cas, la couche de pérovskite a été déposée par un revêtement à puces fentes dans l’air ambiant, ce qui est beaucoup plus proche de la fabrication industrielle. Démontrer ce niveau de performance grâce à un processus de dépôt évolutif est une étape importante vers la commercialisation.

Vers une commercialisation accélérée des tandems pérovskite-silicium

Les cellules tandem pérovskite-silicium sont considérées comme l’une des voies les plus prometteuses pour dépasser les limites de rendement des cellules solaires classiques en silicium (autour de 26-27 % en laboratoire). En empilant deux absorbeurs complémentaires, elles peuvent théoriquement atteindre des rendements supérieurs à 30 % en configuration 2T, voire plus de 40 % en configuration 4T. Le défi consiste à transposer ces résultats vers des surfaces commerciales (plusieurs centaines de cm²) avec des procédés à haut débit.

Dans cette perspective, l’IPVF et ses partenaires poursuivent leurs travaux pour mieux comprendre les mécanismes physiques à l’œuvre dans ces dispositifs — notamment la stabilité à long terme, la gestion des interfaces et l’ingénierie des défauts dans la pérovskite. Forts de ce succès, ils concentrent désormais leurs efforts sur le transfert de ces innovations vers des dispositifs de plus grande surface et des modules photovoltaïques industriels. Cette avancée renforce la position de l’IPVF à la pointe de la recherche photovoltaïque de nouvelle génération et accélère le calendrier de commercialisation des technologies tandem à haute efficacité.

Des perspectives prometteuses pour le solaire de demain

Au-delà du record en lui-même, cette annonce illustre la capacité de la recherche européenne à innover dans un secteur stratégique pour la transition énergétique. Les prochaines étapes consisteront à améliorer la stabilité des cellules en pérovskite (un défi connu) et à optimiser les procédés de dépôt roll-to-roll ou slot-die pour des surfaces de module. Si ces verrous sont levés, les cellules tandem pourraient entrer sur le marché d’ici 2026-2028 et contribuer à réduire le coût du LCOE du photovoltaïque.

Pour en savoir plus, vous pouvez consulter les communications officielles de l’IPVF (site de l’IPVF) et de la TU Delft (site de TU Delft), ainsi que des articles spécialisés sur pv magazine qui suivent régulièrement ces avancées.