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Cellules solaires : l’été 2017 a été marqué par une pluie de records dans les rendements de conversion

L’institut allemand de recherche sur l’énergie solaire ISFH et le laboratoire américain NREL ont obtenu une cellule solaire à jonctions multiples (GaInP/GaAs/Si) affichant un taux de conversion de 35,4%. La cellule solaire de base en silicium a été réalisée par l’ISH, la cellule monolithique GaInP/GaAs du dessus par le NREL.

Le résultat en termes de rendement de conversion est proche du record de 35,9% pour une cellule solaire à triple jonction dévoilés par le Suisse CSEM, issu de travaux également réalisés en commun avec le NREL et l’EPFL (école polytechnique de Lausanne), ainsi que du record mondial de 37,9% pour une cellule solaire à triple empilage construite uniquement en composés III-V (InGaAs/GaAs/InGaP). Ce record est détenu par Sharp depuis 2013. Il prouve le potentiel encore existant du silicium comme substrat de base pour des solutions tandem, et ouvre la porte à de nouvelles expérimentations autant du point de vue des matériaux que des architectures. Les résultats ont été publiés dans le magazine Nature Energy.

En Suisse, les chercheurs du CSEM, également en coopération avec le NREL, ont peaufiné une cellule solaire à double jonction et obtenu un taux de conversion de 32,8% (contre 29,8% en janvier 2016, voir notre article). La cellule tandem se compose d’une couche de GaAs mise au point par les chercheurs américains sur une cellule de base en silicium cristallin de leurs partenaires suisses. Avec une cellule GaInP sur silicium, le taux de conversion s’établissait déjà à 32,5%. Avec les cellules solaires à jonction multiple, le problème réside dans le coût élevé des composés III-V. Le choix d’une base silicium permettrait d’envisager des coûts de production moindres, et donc une solution économiquement viable dans un avenir plus ou moins proche. Les chercheurs ont estimé le coût d’une cellule GaInP à 4,85 dollars/W aujourd’hui, celui d’une cellule GaAs à 7,15 dollars/W. Mais une production de volume et un taux de conversion autour de 35% pourraient faire tomber ces coûts à respectivement 0,66 dollar/W et 0,85 dollar/W.

Le centre belge de recherches Imec a, pour sa part, amélioré à 23,9% le rendement de conversion d’une cellule solaire tandem sur silicium à pérovskite de 4 cm2, issue des travaux de R&D réalisés en partenariat avec Solliance et EnergyVille. Cette technologie d’empilage de cellules solaires à pérovskite sur des cellules solaires en silicium recèle de nombreux avantages et combine notamment performance élevée et faible coût. Des rendements de conversion supérieurs à 30% seraient théoriquement possibles, au-delà donc des meilleures performances des cellules solaires réalisées à jonction unique en silicium. En 2016, l’Imec avait dévoilé un rendement de 20,2%. Selon Tom Aernouts, responsable de l’équipe PV couches minces de l’Imec, l’amélioration a été obtenue notamment grâce à de nouveaux matériaux pour les perovskites (CsFAPbIBr) et à une architecture optimisée de l’empilage pour réduire les pertes.

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