Nouveau laboratoire en Allemagne pour industrialiser les cellules tandem pérovskite-silicium

L’institut Fraunhofer ISE, basé à Fribourg-en-Brisgau en Allemagne, a inauguré un laboratoire dédié à la montée en échelle des cellules tandem pérovskite-silicium. Ce nouvel équipement, baptisé Pero-Si-SCALE, vise à transférer les conceptions les plus performantes de l’échelle laboratoire vers des formats de wafers industriels de 210 mm x 210 mm, en utilisant des procédés standards de l’industrie. Cette initiative marque une étape clé pour la compétitivité européenne dans le domaine du photovoltaïque de nouvelle génération.

Contexte et objectif du laboratoire Pero-Si-SCALE

Le laboratoire Pero-Si-SCALE fait suite à des avancées prometteuses réalisées par Fraunhofer ISE, qui a déjà dépassé les 33 % de rendement sur des cellules tandem de petite taille. Cette performance a été obtenue grâce à une voie de fabrication hybride combinant dépôt sous vide et dépôt chimique en phase humide. Le nouveau laboratoire s’appuie sur cette base pour adapter les procédés à des substrats plus grands, tout en maintenant des rendements élevés et une compatibilité avec les équipements existants.

L’objectif est de fournir aux fabricants photovoltaïques allemands et européens une infrastructure de recherche et développement indépendante, capable de tester et d’optimiser des cellules et modules tandem pérovskite-silicium dans des conditions proches de la production réelle. Selon le professeur Stefan Glunz, directeur de la division Photovoltaïque chez Fraunhofer ISE, « ces cellules solaires tandem sont essentielles pour atteindre des rendements plus élevés, permettant de produire davantage d’énergie solaire sur une surface plus réduite et avec une moindre consommation de matériaux ». Il ajoute que « le photovoltaïque est loin d’avoir été entièrement exploré ».

Avancées technologiques : rendements et procédés hybrides

Les cellules tandem pérovskite-silicium empilent deux matériaux absorbants pour capter un spectre lumineux plus large. L’ajout d’une fine couche de pérovskite (environ 500 nanomètres d’épaisseur) sur une cellule silicium conventionnelle repousse la limite théorique de rendement de 29,4 % pour une cellule silicium seule à 43,3 % pour une cellule tandem. Fraunhofer ISE a développé une voie hybride qui conserve la compatibilité avec les cellules silicium texturées standards déjà utilisées dans l’industrie, ce qui facilite l’intégration dans les lignes de production existantes.

L’institut a récemment atteint un rendement de 30,6 % avec une cellule tandem construite sur une cellule inférieure de type TOPCon (contact passivé par oxyde tunnel) conforme aux standards industriels. Par ailleurs, le fabricant chinois JinkoSolar a porté le record mondial à 34,76 % en utilisant des wafers TOPCon de type n, démontrant le potentiel de cette technologie. Ces performances placent les tandems pérovskite-silicium parmi les solutions les plus prometteuses pour dépasser les limites du silicium cristallin classique.

Implications pour l’industrie européenne

Le laboratoire Pero-Si-SCALE s’inscrit dans une stratégie plus large visant à renforcer la souveraineté européenne dans la fabrication de modules photovoltaïques. Un rapport conjoint de SolarPower Europe et de Fraunhofer ISE souligne qu’une intervention politique ciblée est indispensable pour réduire l’écart de coûts avec les producteurs chinois. L’Union européenne s’est fixé pour objectif d’atteindre 30 GW de capacité annuelle de fabrication de modules photovoltaïques d’ici 2030.

Le docteur Ralf Preu, également directeur de la division Photovoltaïque, explique que le laboratoire s’appuie sur le Photovoltaic Technology Evaluation Center (PV-TEC) de Fraunhofer ISE, une plateforme orientée industrie active depuis vingt ans. PV-TEC fournira des cellules silicium inférieures optimisées au nouveau laboratoire, assurant ainsi une continuité avec les procédés de production actuels. Andreas Bett, directeur de Fraunhofer ISE, a salué le financement accordé par le ministère fédéral allemand de l’Économie et de l’Énergie (BMWE), qui permet à l’institut de rester compétitif au niveau international et de soutenir les partenaires industriels locaux.

Partenariats et équipements

Von Ardenne GmbH, spécialiste des systèmes de revêtement sous vide, a installé ses équipements dans le laboratoire. Ces machines sont adaptées aux procédés à haut débit nécessaires pour les wafers de grande taille. La collaboration avec des fournisseurs industriels permet de valider les technologies dans des conditions réalistes, accélérant ainsi le transfert vers la production de masse.

Par ailleurs, le projet européen Laperitivo, financé par l’Union européenne et comptant Fraunhofer ISE parmi ses partenaires, développe en parallèle une production pilote de modules pérovskites de grande surface, avec une échéance fixée à février 2028. Cette double approche (recherche sur les tandems et pérovskites seules) renforce l’écosystème européen.

Défis et perspectives

Malgré les progrès, la montée en échelle des cellules tandem pose plusieurs défis. La stabilité à long terme des pérovskites, la gestion de l’interface entre les deux couches et l’homogénéité des dépôts sur de grandes surfaces restent des points critiques. Fraunhofer ISE mise sur sa voie hybride pour répondre à ces enjeux, en combinant des techniques éprouvées (dépôt sous vide) avec des procédés plus flexibles (dépôt en phase liquide).

À l’échelle mondiale, la course aux records de rendement s’intensifie. Les dernières annonces de JinkoSolar (34,76 %) et de l’entreprise chinoise LONGi Green Energy montrent que la technologie progresse rapidement. Pour l’Europe, l’enjeu est de ne pas se laisser distancer et de capitaliser sur ses infrastructures de recherche de pointe, comme le laboratoire Pero-Si-SCALE.

En conclusion, l’ouverture de ce laboratoire représente une avancée concrète vers l’industrialisation des cellules tandem pérovskite-silicium. En combinant des rendements record, des procédés compatibles avec l’industrie et un soutien politique fort, Fraunhofer ISE contribue à maintenir une filière photovoltaïque innovante et compétitive en Europe.

Pour en savoir plus sur les activités de Fraunhofer ISE, consultez leur site officiel : Fraunhofer ISE. L’article original a été publié par pv magazine.