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Rendement de conversion : 34,1% pour des cellules solaires triple jonction à base de silicium !

Le Fraunhofer ISE (Institut de recherche Fraunhofer pour les systèmes solaires) de Fribourg/Brisgau, en Allemagne, vient d’améliorer son propre record de rendement de conversion dans les cellules solaires à jonctions multiples en composés III-V, qui atteint désormais 34,1% pour des modèles monolithiques réalisés par collage de tranches (wafer bonding) et 24,3% pour des cellules solaires avec croissance des couches directement sur le substrat silicium.

Pour Andreas Bett, directeur de l’institut FhG-ISE, « les cellules solaires monolithiques à jonctions multiples représentent une voie d’avenir pour le développement des modèles classiques actuels en silicium car elles offrent des rendements de conversion nettement plus élevés. Nous estimons possible d’atteindre les 36% de rendement, soit bien au-delà de la limite physique d’une cellule solaire classique purement réalisée en silicium à 29,4% ».

Une cellule solaire à jonctions multiples comprend de très fines couches en matériaux semiconducteurs III-V qui sont superposées (d’une façon ou d’une autre) sur une cellule solaire de base en silicium. Les différents matériaux absorbent différentes longueurs d’ondes du spectre solaire, afin d’optimiser le rendement de conversion de la cellule solaire globale résultante (la lumière visible de 300 à 660 nm pour les couches GaInP, le proche infrarouge de 600 à 840 nm pour les couches AlGaAs, et de 800 à 1200 nm pour la couche Si).

La réalisation d’une cellule solaire monolithique à jonctions multiples fait appel à un procédé de l’industrie du semiconducteur : le wafer bonding, soit le collage direct des tranches de matériaux. Les derniers travaux portant sur une amélioration de la croissance des différentes couches III-V et sur une nouvelle structure pour la cellule solaire finale en GaInP ont permis de passer du record précédent de 33,3% à 34,1% de rendement.

Une méthode alternative pour réaliser des cellules solaires à jonctions multiples consiste à faire croître directement les couches III-V (GaInP/GaAs) sur une cellule solaire en silicium. Ce procédé nécessite moins d’étapes de fabrication que le collage des tranches, et évite aussi de recourir au substrat GaAs, plus coûteux que le Si. Plus facile à industrialiser, il exige toutefois un contrôle rigoureux de la structure atomique des couches pour atteindre un rendement optimal. Les chercheurs ont atteint les 24,3%. Ce procédé offrirait toutefois les mêmes perspectives de rendement que le wafer bonding, précisent les chercheurs.

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