Une cellule solaire multijonction à base de silicium atteint une efficacité record de 36,1 %

Une équipe de chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la recherche sur l’énergie solaire ISE et du NWO-Institut AMOLF (Amsterdam) a fabriqué une cellule solaire multijonction avec un rendement de 36,1%, le rendement le plus élevé jamais atteint pour une cellule solaire à base de silicium. L’équipe a présenté le nouveau record lors de la Conférence européenne sur l’énergie solaire photovoltaïque (EU PVSEC) à Lisbonne le jeudi 21 septembre 2023. Le projet de recherche a été financé par le programme Fraunhofer ICON.
Albert Polman, qui a dirigé la partie AMOLF du projet, rapporte : « Ce nouveau record est le résultat d’une collaboration unique entre Fraunhofer ISE et AMOLF qui a débuté en 2020. L’équipe Fraunhofer est de renommée mondiale pour la fabrication d’ultra-hautes performances, des cellules solaires à haut rendement à base de silicium et de semi-conducteurs III-V tels que GaInP ou GaAs. L’équipe AMOLF a accumulé de nombreuses années d’expérience dans l’optimisation de la gestion de la lumière dans les cellules solaires. Dans ce projet, nous avons rassemblé ces connaissances, avec ce résultat unique. Les cellules solaires ont voyagé entre Fribourg et Amsterdam pour les différentes étapes de traitement, constituant ainsi la cellule solaire complète.
Frank Dimroth du Fraunhofer ISE ajoute : « C’est une grande réussite pour les chercheurs des deux équipes de combiner les meilleurs processus disponibles pour réaliser conjointement un nouveau record d’efficacité pour une cellule solaire multijonction à base de silicium. Le nouveau réflecteur arrière d’AMOLF et la cellule intermédiaire GaInAsP améliorée de Fraunhofer ont tous deux contribué à ce résultat exceptionnel.
Limites des cellules solaires au silicium
Les cellules solaires et les panneaux solaires à base de silicium sont déployés partout dans le monde à un rythme très élevé, mais leur efficacité de conversion d’énergie photovoltaïque est fondamentalement limitée à 29,4 pour cent. Cette limitation peut être surmontée en recouvrant les cellules solaires de matériaux supplémentaires pour créer une cellule solaire « multijonction ». Dans une telle géométrie, plusieurs couches d’absorption de la lumière sont empilées les unes sur les autres, de sorte que chaque couche absorbe efficacement une partie spécifique du spectre de couleurs de la lumière du soleil. Ce concept multicouche peut fortement améliorer l’efficacité cellulaire.
De nouveaux matériaux combinés à une nouvelle conception de gestion de la lumière Le nouveau record combine une cellule solaire « silicium TOPCon » de pointe, une nouvelle conception de cellule à haut rendement développée au Fraunhofer ISE, avec deux couches semi-conductrices composées de phosphure de gallium et d’indium (GaInP) et de phosphure d’arséniure de gallium et d’indium (GaInAsP). ) qui ont également été développés au Fraunhofer ISE. L’empilement de couches est ensuite recouvert d’un nano revêtement métal/polymère spécialement conçu à l’AMOLF et fabriqué conjointement à l’AMOLF et au Fraunhofer ISE. Le réflecteur arrière améliore le piégeage de la lumière à l’intérieur de la cellule solaire, ce qui permet pour la première fois d’augmenter l’efficacité au-delà de 36 pour cent. Nouvelles candidatures
Les nouvelles cellules solaires à très haut rendement sont actuellement plus coûteuses à fabriquer que les cellules solaires au silicium conventionnelles, qui atteignent des rendements allant jusqu’à 27 %. Cependant, le très haut rendement de la cellule multijonction constitue un avantage considérable pour les applications où l’espace disponible est limité et où une grande quantité d’énergie solaire doit être générée sur une petite zone. Des applications sont prévues dans les voitures électriques à énergie solaire, les produits de consommation et les drones, par exemple. La nouvelle conception de gestion de la lumière est également applicable à d’autres types de cellules solaires, telles que les cellules solaires multijonctions silicium-pérovskite, par exemple.