Longi développe une cellule solaire flexible à hétérojonction avec un rendement de 26,06 %

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D’après pv magazine International

Les chercheurs ne cessent de repousser les limites de la technologie des cellules solaires au silicium dans le but d’utiliser moins de matériaux dans des cellules plus fines et plus légères sans sacrifier l’efficacité ou la durabilité. Ainsi, une équipe dirigée par des chercheurs du fabricant chinois Longi a développé des processus pour fabriquer des cellules solaires à hétérojonction (HJT) à haut rendement, tout en résolvant – apparemment – les problèmes de fragilité et de moindre efficacité observés lors des tentatives antérieures de produire des cellules plus minces.

Dans l’étude “Flexible silicon solar cells with high power-to-weight ratios“, publiée dans la revue Nature, les scientifiques indiquent que l’épaisseur de la nouvelle cellule varie de 57 μm à 125 μm et qu’elle est fabriquée à l’aide de plaquettes M6 d’une surface de 274,4 cm2. L’amincissement de la plaquette permet non seulement de réduire le poids et le coût, mais aussi de faciliter la migration et la séparation des charges, note l’équipe de recherche.

« Le profil souple et fin de ces cellules solaires ouvre de nouvelles perspectives pour l’intégration de la production d’énergie solaire dans divers aspects de la vie quotidienne et de l’industrie dans les domaines de l’électronique portable, du photovoltaïque intégré aux bâtiments, des transports, des applications spatiales et des technologies émergentes avec des surfaces ou des structures non conventionnelles », a déclaré Xixiang Xu, chef de l’équipe de R&D de Longi et auteur, à pv magazine.

Les scientifiques ont mis au point son propre système de contrôle et de régulation pour permettre un processus continu de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) par plasma à faible dommage afin d’éviter l’épitaxie et de maintenir l’uniformité de la surface. Il s’agit d’une modification du processus conventionnel de dépôt chimique en phase vapeur non continu, étape par étape, pour la passivation, notent les chercheurs.

En outre, ils ont mis en œuvre un « processus d’ensemencement nanocristallin et de croissance verticale auto-restaurant pour les contacts dopés » dans le cadre d’un processus de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) à haute fréquence, qui a permis la croissance de « contacts sélectifs de porteurs de type n et de type p de haute qualité » pour la couche de transport de trous et les couches de transport d’électrons.

Une autre innovation a consisté à utiliser l’impression par transfert laser sans contact pour déposer des lignes de grille à faible ombrage. Pour les couches d’oxyde conducteur transparent (TCO), ils ont opté pour de l’oxyde d’indium dopé au cérium (ICO) et un processus de dépôt par plasma réactif (RPD) à faible dommage.

L’équipe a déposé l’ICO comme revêtement du TCO à l’aide d’une méthode de dépôt par plasma réactif à faible dommage, qui, selon eux, « a produit des performances électriques supérieures, notamment une résistivité beaucoup plus faible (2,7 × 10-4 Ω cm) et une mobilité des porteurs plus élevée (83,1 cm V-1 s -1) par rapport à celles de l’oxyde d’indium et d’étain dérivé de la pulvérisation magnétron rapporté ailleurs », ajoutant que le processus « a joué un rôle décisif dans l’amélioration ultérieure de la stabilité ».

La cellule a atteint un rendement de conversion d’énergie certifié de 26,06 % avec une épaisseur de 57 μm, une valeur de 26,56 % avec une épaisseur de 106 μm, et un rendement maximal de 26,81 % avec une épaisseur de 125 μm. La cellule solaire de 57 μm présentait également le rapport puissance/poids le plus élevé (1,9 W g-1) et la tension en circuit ouvert la plus élevée (761 mV). Des résultats validés par l’Institut allemand de recherche sur l’énergie solaire de Hamelin.

Les scientifiques ont également pu réduire les pertes optiques en optimisant la configuration des lignes de la grille à l’aide d’une technologie d’impression par transfert laser. « La largeur des doigts a pu être réduite de 40 μm (sérigraphie typique) à 18 μm, la zone d’ombrage étant contrôlée à moins de 2 % », ont-ils noté.

Les dispositifs ont été testés pour la dégradation induite par le potentiel et la dégradation induite par la lumière, selon l’article. « Ce progrès technologique fournit une base pratique pour la commercialisation de cellules solaires flexibles, légères, peu coûteuses et très efficaces, et la capacité de plier ou d’enrouler des cellules solaires au silicium cristallin pour les voyages est prévue », a conclu l’équipe.

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