L’Institut Fraunhofer ISE établit des records de rendement en modules photovoltaïques tandem

Des scientifiques de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (ISE) ont réussi à construire deux modules photovoltaïques tandem affichant des rendements records. Un module photovoltaïque au germanium III-V, avec un rendement de 34,2%, intégrant des cellules solaires d’Azur Space et des structures antireflets de Temicon, devient ainsi le module solaire le plus performant au monde. Un module photovoltaïque au silicium III-V atteint un rendement de 31,3%, établissant un record dans sa catégorie, grâce à une technologie silicium éprouvée et économique.

« Les deux technologies photovoltaïques tandem ont le potentiel de combler le fossé entre les systèmes conventionnels au sol et sur toiture, économiques et rentables, et les cellules solaires spatiales, performantes mais plus onéreuses. L’association du silicium III-V et du germanium, une option plus abordable, et l’utilisation du germanium III-V, une alternative légèrement plus efficace, constituent deux pistes technologiques intéressantes pour les applications photovoltaïques intégrées, notamment dans les espaces restreints », explique le professeur Andreas Bett, directeur de l’institut Fraunhofer ISE.

Il y a quelques années, des chercheurs de l’institut Fraunhofer ISE ont établi un record de rendement pour les cellules solaires à base de silicium, avec une cellule solaire en silicium III-V atteignant 36,1%. Dans le cadre du projet de recherche « Mod30plus », ils ont désormais, pour la première fois, réalisé une production à petite échelle de ces cellules solaires, adaptées à l’interconnexion avec la technologie des panneaux photovoltaïques en tuiles. Un module de 218 cm², conçu par l’équipe de recherche, a atteint un rendement record de 31,3%.

Une seconde équipe de recherche de l’institut Fraunhofer ISE, dans le cadre du projet « Vorfahrt », a construit un module tandem de 833 cm² affichant un rendement de 34,2%. Ce module est composé de trois cellules au germanium III-V, dont la technologie a été optimisée pour cette nouvelle technologie par Azur Space Solar Power, le coordinateur du projet. Le fabricant de cellules solaires a adapté sa technologie de cellules triples au spectre solaire terrestre, permettant ainsi une production en quantités comparables et dans les mêmes formats de plaquettes que les cellules solaires spatiales. Temicon a encore amélioré le rendement du module grâce à une structure de surface stochastique, transférée sur le verre par nano-impression, minimisant ainsi les pertes par réflexion à l’interface du module record.

Les cellules solaires conventionnelles en silicium ne peuvent dépasser une limite de rendement physique de 29,4%, alors que les modules photovoltaïques actuellement disponibles sur le marché atteignent déjà des rendements d’environ 24%, souligne le Fraunhofer ISE.

« C’est pourquoi nous menons des recherches intensives pour remplacer les cellules solaires individuelles par des modules composés de plusieurs cellules. Le record mondial que nous avons établi avec le module au germanium III-V témoigne du formidable potentiel de l’association de plusieurs semi-conducteurs », explique Laura Stevens, chercheuse à l’institut Fraunhofer ISE et responsable du projet « Vorfahrt.

« Le photovoltaïque tandem est l’un des domaines de recherche solaire connaissant la plus forte croissance actuellement », ajoute Jonas De Rose, responsable du projet « Mod30plus ».

De nombreux partenaires ont contribué au développement de la cellule solaire en silicium III-V pour l’intégration dans un module : III/V-Reclaim, Azur Space Solar Power, ICB, l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), LPKF Laser & Electronics, Protavic International et Sunset Energietechnik. Outre Azur Space Solar Power et Temicon, le module III-V sur germanium ayant établi un record mondial a également impliqué Gochermann Solar Technology, Audi et Elektra Solar. Ces deux projets de recherche ont été financés par le ministère fédéral allemand de l’Économie et de l’Énergie.

La chef de projet, Laura Stevens, présente l’un des modules photovoltaïques au germanium III-V affichant le rendement record de 34,2%. Leonhard Böck est membre de l’équipe de projet et a joué un rôle clé dans le développement du module photovoltaïque en silicium III-V d’un rendement de 31,3%. © Fraunhofer ISE / Photo : Jacob Forster