Traitement de lumière pulsée intense pour cellules solaires à hétérojonction au silicium avec 23,0% d’efficacité

Des chercheurs du Fraunhofer ISE en Allemagne ont mis au point une cellule solaire à hétérojonction au silicium (SHJ) utilisant des contacts métalliques sérigraphiés traités par lumière pulsée intense, et affirment avoir atteint une efficacité de conversion de 23,0% avec cette approche.

Au lieu du recuit thermique couramment utilisé, les scientifiques ont utilisé un traitement par lumière pulsée intense (IPL), qui est une technique roll-to-roll moins coûteuse pour le traitement thermique rapide de divers films minces. Il est généralement utilisé pour le frittage d’électrodes à base d’argent, de cuivre ou de nickel de l’électronique imprimée et, dans la recherche PV, pour le frittage d’électrodes à base de cuivre sur des plaquettes de silicium et sur des structures à hétérojonction à base de composés métalliques.

Le groupe a expliqué que l’IPL se compose principalement de lumière visible, délivrée sous forme de rayonnement électromagnétique pulsé d’une durée de la milliseconde pour un chauffage rapide des contacts métalliques à basse température de la cellule. « En moyenne, les cellules SHJ recuites par IPL surpassent leurs homologues traitées thermiquement de 0,3 à 0,4% abs, en particulier en raison de tensions en circuit ouvert et de facteurs de remplissage plus élevés », a précisé le groupe, ajoutant que le recuit thermique nécessite l’utilisation de plus gros et plus coûteux outils de fabrication.

Cependant, l’IPL est limité par les contraintes de température de la structure sensible à hétérojonction de silicium amorphe. Selon les chercheurs, une application plus pratique de la technologie consiste en des contacts de passivation d’oxyde tunnel à base de poly-Si plus tolérants à la température, s’ils sont appliqués des deux côtés de la plaquette.

Les contacts ont été revêtus d’oxyde d’indium et d’étain (ITO) par pulvérisation magnétron CC, qui est une technique de revêtement sous vide couramment utilisée pour le dépôt de nombreux types de matériaux dans la production de cellules et ailleurs. L’énergie radiative du traitement IPL, selon le Fraunhofer ISE, n’est pas seulement absorbée par la plaquette, mais également par la métallisation elle-même. « Cette quantité d’énergie absorbée par les contacts métalliques induit une réduction significative de la résistance des doigts », a-t-il déclaré, notant que cette réduction se traduit également par une augmentation de la conductivité latérale des contacts. De plus, des résistivités de contact au niveau du contact électrode métallique / ITO bien inférieures à 10 mW · cm² ont été obtenues.

«Les cellules SHJ sans busbars traitées par IPL  sont fabriquées avec une efficacité certifiée indépendante allant jusqu’à 23,0%», ont affirmé les chercheurs, ajoutant que l’efficacité de conversion de la cellule avait été certifiée par Fraunhofer ISE CalLab.

De plus, la technique IPL a également été appliquée à des cellules solaires sérigraphiées de 2 cm x 2 cm avec des contacts TOPCon des deux côtés et des valeurs de tension en circuit ouvert allant jusqu’à 709,3 mV ont été obtenues.

« Selon la feuille de route technologique internationale pour le photovoltaïque (ITRP), la technologie de l’hétérojonction du silicium est déjà en train de devenir une production de masse », a déclaré le premier auteur de la recherche, Jörg Schube, à pv magazine. « En fait, il devrait gagner une part de marché de plus de 10% au cours des cinq prochaines années. » Il a en outre expliqué que des procédés de recuit industriel optimisés utilisant l’IPL pourraient encore ouvrir la voie au succès.

Le traitement IPL a été décrit dans l’article Intense pulsed light in back end processing of solar cells with passivating contacts based on amorphous or polycrystalline silicon layers, publié dans Solar Energy Materials and Solar Cells.