Un rendement record de 36,1 % pour une cellule solaire multijonction à base de silicium

D’après pv magazine International

L’institut allemand Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (Fraunhofer ISE) et l’institut de recherche néerlandais AMOLF ont annoncé avoir enregistré un record mondial de rendement de conversion énergétique avec 36,1 % pour une cellule solaire multijonction basée sur du silicium et des semi-conducteurs III-V tels que le phosphure d’indium-gallium (GaInP) et l’arsénure de gallium (GaAs).

« L’équipe du Fraunhofer est connue dans le monde entier pour la fabrication de cellules solaires de très haut rendement basées sur du silicium et des semi-conducteurs III-V tels que le GaInP ou le GaAs, indique le Fraunhofer ISE dans une déclaration. L’équipe de l’AMOLF possède quant à elle de nombreuses années d’expérience dans l’optimisation de la gestion de la lumière dans les cellules solaires. Pour ce projet, nous avons mis ces connaissances en commun pour atteindre un résultat unique. Les cellules solaires ont dû voyager entre Fribourg et Amsterdam pour la réalisation des différentes étapes de transformation et ainsi parvenir à la cellule solaire dans son intégralité. »

La cellule est basée sur une technologie TOPCon mise au point par le Fraunhofer ISE et sur un nanorevêtement en métal/polymère spécialement conçu par l’AMOLF. Ce dernier, placé à la base de la sous-cellule en silicium, permettrait d’optimiser la répartition de la lumière diffusée au-delà de l’angle critique pour la réflexion totale interne dans la cellule.

« Plus précisément, nous optimisons la géométrie de nano-disques en argent (Ag) disposés en forme d’hexagone et intégrés dans le contact arrière en Ag, et montrons comment l’inclinaison, le rayon et la hauteur de chaque diffuseur influence la répartition du courant sur différents ordres de diffraction, tout en minimisant les pertes par dissipation plasmonique dans la bande de longueur d’ondes concernée », expliquent les scientifiques.

Les chercheurs ont aussi eu recours au substrate conformal imprint lithography (SCIL), un procédé novateur de nano-impression à l’échelle du wafer tout entier, pour fabriquer les réflecteurs arrière disposés en réseau de diffraction par nano-impression.

Ils ont ensuite relié les cellules supérieure et inférieure par liaison directe des wafers à température ambiante. La cellule solaire qui en résulte mesure 2 cm x 2 cm et comprend des contacts avant, un revêtement anti-reflet et une couche d’Ag de 1 µm d’épaisseur sur la face inférieure qui fait office de contact électrique et de miroir plan. « Après la nano-impression et la gravure des cellules, celles-ci ont été renvoyées au Fraunhofer ISE pour un dernier bain d’acide hydrofluorique suivi de la métallisation », poursuivent-ils.

Grâce à plusieurs évaluations numériques et expérimentales, le groupe germano-néerlandais a observé que le rendement quantique externe du dispositif multijonction via un réflecteur arrière plan s’est amélioré de plus de 1,52 mA/cm².

« Dans l’ensemble, nos travaux montrent le potentiel de la captation nanophotonique de la lumière pour améliorer le rendement des cellules solaires multijonction à base de silicium, ouvrant ainsi la voie à des technologies solaires plus efficaces et plus durables », affirment-ils.