Record de 28,29 % : le silicium approche sa limite théorique

Longi annonce un rendement de conversion de 28,29 % sur une cellule solaire à contacts arrière interdigités hybrides, vérifié par l’Institut de recherche sur l’énergie solaire de Hamelin. C’est un record mondial pour une cellule au silicium cristallin à jonction unique, et le troisième établi par le fabricant cette année.

En bref

• 28,29 % de rendement, mesure vérifiée par l’ISFH en Allemagne.
• Troisième record de l’année pour le fabricant : 28,04 %, puis 28,13 % en mai, et désormais 28,29 %.
• Le silicium cristallin atteindrait ainsi 96,2 % de sa limite théorique, selon l’entreprise.
• Architecture HIBC associant contacts passivés par effet tunnel, couches diélectriques et contacts de type n et p.
• Technologie présentée comme transposable à la production industrielle de cellules à hétérojonction, sous réserve de réduire les pertes résistives côté contact p.

Un record qui souligne surtout l’approche du plafond

L’information la plus significative n’est pas le record lui-même, mais l’écart qu’il reste à combler. Le fabricant indique atteindre 96,2 % de la limite théorique du silicium cristallin — autrement dit, les gains encore accessibles à cette technologie se comptent désormais en fractions de point.

Le rythme des annonces le confirme : trois records en une année, pour une progression cumulée de 0,25 point entre 28,04 % et 28,29 %. À ce stade de maturité, chaque dixième de point exige des optimisations de plus en plus fines, ce qui explique pourquoi l’industrie regarde désormais vers les architectures tandem, notamment à base de pérovskite, pour dépasser ce plafond.

Ce qu’est une cellule HIBC

Les contacts arrière interdigités consistent à reporter l’intégralité des contacts électriques à l’arrière de la cellule, en peignes imbriqués. La face avant, débarrassée de toute métallisation, capte ainsi la lumière sans ombrage — d’où un gain de rendement, au prix d’une fabrication plus complexe. Le fabricant décrit un dispositif hybride associant des contacts passivés par effet tunnel, des couches de passivation diélectriques et des contacts de type n comme de type p.

Les optimisations décrites

La cellule repose sur un wafer M10 demi-découpé à haute résistivité, avec passivation des bords et contacts de type n optimisés, fabriqués par une combinaison de procédés à haute et basse température. Une couche d’oxyde d’indium-étain améliore le transport latéral des charges, tandis que des revêtements multicouches d’oxyde d’aluminium et de nitrure de silicium réduisent la recombinaison en surface.

Le dopage au phosphore de la couche de silicium polycristallin de type n a été réduit afin de limiter la diffusion des dopants dans le wafer, et une technologie de passivation des bords réalisée directement pendant la fabrication complète le dispositif. Des doigts métalliques profondément gravés et une gravure sélective de l’oxyde d’indium-étain empêchent les fuites électriques entre contacts de type n et de type p ; une couche plus épaisse de silicium amorphe améliore la couverture de la jonction et l’encapsulation des parois latérales.

Pour réduire la résistivité des contacts sans dégrader la passivation, cette couche de silicium amorphe est cristallisée au moyen d’un laser nanoseconde vert pulsé. L’accumulation de ces optimisations illustre bien la nature du travail à ce niveau de rendement : il ne s’agit plus d’une rupture technologique mais du traitement méthodique de chaque source de perte résiduelle.

Du laboratoire à la ligne de production

Le fabricant estime que cette technologie pourrait être transposée à la fabrication industrielle de cellules à hétérojonction, tout en reconnaissant que des améliorations restent nécessaires pour réduire les pertes résistives au niveau du contact de type p. Un rendement record en laboratoire ne se traduit jamais directement en module commercial : les cellules records sont produites en très petite série, dans des conditions non représentatives d’une ligne industrielle, et le rendement d’un module assemblé reste sensiblement inférieur à celui de la meilleure cellule qui le compose. Ces écarts entre performance de laboratoire et production industrielle sont documentés par les agences comme l’Agence internationale de l’énergie, qui suivent la diffusion effective des technologies photovoltaïques.

Questions fréquentes

Quel rendement a été atteint et par qui a-t-il été vérifié ?

28,29 % sur une cellule à contacts arrière interdigités hybrides, une mesure vérifiée par l’Institut de recherche sur l’énergie solaire de Hamelin (ISFH), en Allemagne.

Qu’est-ce qu’une cellule à jonction unique ?

C’est une cellule composée d’un seul matériau absorbeur, ici le silicium cristallin, par opposition aux architectures tandem qui superposent plusieurs matériaux — silicium et pérovskite par exemple — afin de capter des portions différentes du spectre solaire et de dépasser la limite théorique du silicium seul.

Le silicium atteint-il ses limites ?

Il s’en approche : selon le fabricant, ce record représente 96,2 % de la limite théorique du silicium cristallin. Les gains restants se comptent en fractions de point, ce qui explique l’intérêt croissant de l’industrie pour les cellules tandem.

Ce rendement se retrouvera-t-il dans les modules commerciaux ?

Pas directement. Une cellule record est fabriquée en très petite série dans des conditions de laboratoire, et le rendement d’un module assemblé reste inférieur à celui de la meilleure cellule qui le compose. Le fabricant indique d’ailleurs que des améliorations restent nécessaires avant une transposition industrielle.

En résumé — 28,29 %, c’est 0,25 point de plus qu’en début d’année et 96,2 % de ce que le silicium peut théoriquement donner. Le record est réel, mais il dit surtout que cette voie technologique arrive en bout de course : la prochaine marche significative se jouera sur les architectures tandem, pas sur de nouvelles optimisations du silicium seul.