Nouveau record d’efficacité à 34,1 % avec une cellule à triple jonction, obtenu par Fraunhofer ISE

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La conférence européenne PVSEC s’approchant, nous pouvons nous attendre à entendre parler de nombreux nouveaux records d’efficacité de cellules et de percées technologiques de la part des instituts de recherche européens spécialisés dans le solaire dans les prochaines semaines.

L’Allemand Fraunhofer ISE est le premier, établissant deux records pour les concepts de cellules à haute efficacité, tous deux utilisant des cellules à jonctions multiples constituées de matériaux III-V et de silicium cristallin.

« Les cellules solaires monolithiques à multi-jonctions sont une source d’espoir pour le développement futur des cellules solaires au silicium qui dominent le marché aujourd’hui, car elles peuvent conduire à des valeurs d’efficacité nettement plus élevées lors de la conversion de la lumière solaire en énergie électrique », a écrit le directeur de l’institut Andreas Bett. « Nous pensons pouvoir atteindre des valeurs d’efficacité de 36 %. »

Triple jonction

Les deux types de cellules ayant battu des records disposent de trois couches actives permettant d’absorber différentes plages du spectre lumineux : une couche supérieure en phosphure de gallium d’indium (GaInP) pour absorber la lumière visible dans la plage de 300 à 660 nanomètres, une couche en arséniure d’aluminium et de gallium (GaAs) proche de l’infrarouge dans la plage de 600 à 840 nm, et une cellule au silicium absorbant la lumière de longueur d’onde jusqu’à 1200 nm.

L’institut a obtenu une efficacité de 34,1 % en utilisant un processus appelé « collage direct de wafers » (direct wafer bonding), dans lequel les couches III-V sont d’abord déposées sur un substrat en GaAs, puis comprimées ensemble. Les couches III-V se lient au silicium pour former une seule unité et le substrat est éliminé dans un processus chimique humide.

Fraunhofer ISE avait également établi le record précédent de la technologie, alors à hauteur de 33,3 %. Frank Dimroth, responsable du département du photovoltaïque III-V et de la technologie à concentration chez Fraunhofer ISE, a déclaré que les principales innovations permettant aux chercheurs d’accroître l’efficacité consistaient en une nouvelle structure de cellule pour la couche de GaInP et des améliorations du processus de dépôt.

Coût trop élevé

Bien que le résultat soit impressionnant pour l’institut, la nécessité d’un substrat en GaAs et d’autres technologies coûteuses rendraient le processus trop onéreux pour pouvoir débuter une production en série.

L’autre nouveau record de Fraunhofer inclut toutefois moins d’étapes de processus et des coûts de production plus bas – il suffit de déposer les couches III-V directement sur la cellule en silicium.

Après avoir mis en place ce procédé en décembre – et atteint une efficacité de 22,3 % -, l’institut a déclaré avoir réalisé de grands progrès dans le contrôle de la structure atomique des couches III-V au cours de leur croissance et pouvoir limiter la présence de défauts, et a ainsi augmenté l’efficacité à 24,3 %. Ce ne serait qu’un début, a déclaré l’institut.

« Le potentiel est comparable à celui des cellules issues du procédé de collage de wafers », a déclaré Dimroth. « Nous avons du travail dans les années à venir pour prouver que c’est bien le cas. »

L’institut a reconnu que l’élaboration d’un procédé rentable de production des cellules restait un défi, et qu’il considérait la croissance directe sur silicium comme étant la voie la plus prometteuse. D’autres instituts de recherche, y compris le National Renewable Energy Laboratory aux États-Unis, se sont concentrés sur le coûteux processus de collage, cherchant des moyens de rendre le substrat réutilisable afin de réduire les coûts de production.

« Pour que la production de cellules solaires soit rentable, de nouvelles machines de dépôt offrant un débit et une surface de dépôt plus élevés seront nécessaires », lit-on dans une déclaration de Fraunhofer ISE. « Ce sont des méthodes que les chercheurs de l’ISE approfondiront dans les années à venir. »