Rendement de conversion : 31,3% pour des cellules solaires à jonctions multiples

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, avec 31,3%.

En novembre dernier, le laboratoire allemand avait atteint un rendement de conversion de 30,2% pour une cellule solaire à triple jonction, en empilant des cellules solaires en composés III-V sur une cellule solaire en silicium.

En coopération avec l’équipementier autrichien EVG, les chercheurs du Fraunhofer ISE ont réalisé une cellule solaire à jonctions multiples de 4 cm2 dont le rendement dépasse la limite théorique d’une cellule solaire purement en silicium en termes de rendement de conversion*. « Notre objectif consiste à dépasser la limite théorique, et le résultat atteint aujourd’hui repose sur notre savoir-faire dans les technologies silicium et III-V », souligne Frank Dimroth, responsable du département au Fraunhofer ISE. A titre de comparaison, le record en termes de rendement de conversion pour une cellule solaire en silicium se situe aujourd’hui à 26,3%, et la limite théorique à 29,4%.

Les chercheurs ont fait appel à un procédé de fabrication appelé « direct wafer bonding », déjà connu et utilisé dans l’industrie microélectronique, qui consiste à transférer quelques µm de matériau semiconducteur III-V directement sur une tranche de silicium. Activation plasma et pression sous vide aboutissent à ce que les atomes en surface de la sous-cellule III-V se combinent avec les atomes du silicium, créant ainsi une structure monolithique. La cellule solaire à jonctions multiples se compose d’une série de sous-cellules empilées. Des diodes dites tunnel réalisent les interconnexions entre trois sous-cellules réalisées en phosphure d’indium-gallium (GaInP), en arséniure de gallium (GaAs) et silicium (Si), qui couvre la gamme d’absorption du rayonnement solaire avec, respectivement, les longueurs d’ondes de 300 à 670 nm, de 500 à 890 nm et de 650 à 1180 nm.

Un passage à l’industrialisation exige toutefois encore une réduction du coût du procédé de fabrication de telles cellules solaires, notamment de la phase épitaxiale et de l’interconnexion des couches III-V.

*Ces travaux menés dans le cadre d’un post-doctorat par Romain Cariou au Fraunhofer ISE sont subventionnés par le projet européen Historic, ceux chez EVG par le ministère autrichien de la technologie.