Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE, utilisant un nouveau revêtement antireflet, ont réussi à augmenter l'efficacité de la meilleure cellule solaire à quatre jonctions à ce jour de 46,1 à 47,6 % à une concentration de 665 soleils. Il s'agit d'un nouveau reccord mondial, car il n'existe actuellement aucune cellule solaire avec une efficacité supérieure dans le monde. Les résultats sont présentés aujourd'hui lors du 2e atelier international tandemPV, qui se déroule à Fribourg, en Allemagne.
Au cours des deux dernières années, Fraunhofer ISE a travaillé sur un projet ambitieux appelé « 50 pourcent ». L'objectif du projet, financé par le ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Action pour le climat BMWK, est de développer pour la première fois une cellule solaire avec une efficacité de 50 %.
Pour y parvenir, chaque couche individuelle de la cellule solaire complexe à jonctions multiples subit une optimisation supplémentaire. Des améliorations dans la technologie du processus sont incorporées pour les contacts métalliques et les couches antireflet. Aujourd'hui, l'équipe du projet a réalisé une première percée : sa dernière cellule solaire sous lumière solaire concentrée atteint une efficacité de 47,6 %.
« Nous sommes ravis de ce résultat, qui a été obtenu un an seulement après l'ouverture de notre nouveau centre de cellules solaires à haut rendement », déclare le Dr Frank Dimroth, chef du département III-V Photovoltaics and Concentrator Technology chez Fraunhofer ISE. « Dans nos recherches, nous visons à rendre le photovoltaïque à concentration encore plus efficace et compétitif, car nous pensons qu'il s'agit de la forme la plus durable de production d'électricité renouvelable. »
La structure en couches de la nouvelle cellule solaire a été développée en 2016 en collaboration avec la société française Soitec Inc., qui conçoit et fabrique des matériaux semi-conducteurs innovants. La cellule solaire tandem supérieure est composée de phosphure de gallium-indium (GaInP) et d'arséniure de gallium et d'aluminium (AlGaAs), qui a été collée par Soitec sur une cellule solaire tandem inférieure composée de phosphure d'arséniure de gallium-indium (GaInAsP) et d'arséniure de gallium-indium (GaInAs).
Désormais, une couche de contact améliorée et un revêtement antireflet à 4 couches ont été appliqués à la structure de cellule en tandem du Centre pour les cellules solaires à haute efficacité de Fraunhofer ISE. Ces mesures réduisent les pertes de résistance et la réflexion sur la face avant de la cellule, qui est spectralement sensible dans une large gamme de 300 et 1780 nanomètres. Les cellules solaires conventionnelles en silicium n'absorbent la lumière solaire que jusqu'à une longueur d'onde de 1200 nanomètres et ne nécessitent donc pas un tel revêtement antireflet à large bande.
Les cellules solaires à jonctions multiples constituées de semi-conducteurs composés III-V ont toujours été parmi les cellules solaires les plus efficaces au monde. Ils atteignent leur potentiel le plus élevé lorsque la lumière solaire entrante est concentrée par des lentilles sur des cellules solaires miniatures de quelques millimètres carrés seulement. « Les applications possibles de ces cellules solaires en tandem très efficaces comprennent les systèmes photovoltaïques à concentrateur, qui contribuent à une production d'électricité efficace dans les pays riches en soleil », déclare le professeur Stefan Glunz, directeur de division de la recherche photovoltaïque à Fraunhofer ISE. « Avec le photovoltaïque en tandem, il est possible de dépasser les limites des cellules solaires à jonction unique et de parvenir finalement à une réduction des coûts de l'énergie solaire. »
