À Neuchâtel, des scientifiques de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausane (EPFL) ont développé une cellule solaire tandem capable de fournir une efficacité certifiée de 29,2 %. Ce résultat a été obtenu en associant une cellule solaire en pérovskite à une cellule solaire en silicium texturé.
Les cellules solaires en silicium sont largement répandues, mais leur rendement de conversion reste limité. Celui-ci devrait ainsi culminer à environ 27 % dans un avenir proche, à cause des restrictions thermodynamiques inhérentes au procédé. Les panneaux équipés de ce type de cellules solaires atteindront donc un rendement de l’ordre de 23 à 25 % au maximum.
Ces restrictions peuvent toutefois être surmontées en associant le silicium à une deuxième cellule solaire qui absorbe les radiations bleues et vertes du spectre solaire pour l’exploiter de manière plus efficace. Ces deux cellules forment ainsi un « tandem ». Parmi les différents matériaux utilisables pour ce tandem, les pérovskites à base d’halogénure se sont récemment avérées être la meilleure alternative possible afin de booster l’efficacité du silicium sans générer de frais de fabrication supplémentaires trop importants.
L’un des obstacles consistait à trouver une manière de revêtir de manière homogène la surface en silicium, laissée intentionnellement rugueuse ou texturée, d’une fine couche de pérovskite à base d’halogénure. On utilise en effet une surface texturée pour réduire au minimum la réflexion de la lumière. Ce type de système se rencontre déjà dans toutes les cellules en silicium cristallin disponibles dans le commerce.
Les scientifiques du Laboratoire de photovoltaïque et couches minces électroniques (PV-lab) de l’EPFL, sous la direction de Christophe Ballif, ont développé une méthode pour répartir les couches de pérovskite de manière uniforme sur le silicium texturé en 2018. Les dispositifs élaborés pour démontrer la faisabilité du concept réussissent à atteindre une efficacité de 25,2 %. Les chercheuses et chercheurs ont désormais amélioré le processus de cristallisation de la pérovskite et développé des couches ultra transparentes avec à la clé des cellules solaires tandem d’une efficacité de 29,2 % sur une surface de 1 cm2. Ce rendement a été certifié par l’institut indépendant Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) en Allemagne, ce qui représente un nouveau record mondial pour un dispositif silicium-pérovskite entièrement texturé.
Il ne s’agit toutefois que de la première étape. L’équipe de chercheuses et chercheurs a déjà identifié une nouvelle manière d’atteindre des rendements au-delà de 30 % en tirant parti du fort courant électrique fourni par la texture en silicium. « Il faudra encore plusieurs années de recherche et développement pour commercialiser cette technologie et les procédés de fabrication correspondants », explique Christophe Ballif. « L’un des grands défis consistera à développer des cellules solaires pouvant rester sur les toits sans s’altérer pendant plus de 25 ans. Mais le fait d’atteindre une efficacité supérieure sans modifier la texture du silicium sera très intéressante pour l’industrie du photovoltaïque. » Cette découverte offre des perspectives prometteuses afin de réduire le coût de production électrique au kWh, en produisant plus d’énergie sur la même surface.
*Ces recherches ont été menées par l’équipe du PV-lab à Neuchâtel (Dr Xin Yu Chin, Deniz Turkay et Dr Christian Wolff), en collaboration avec des ingénieurs du CSEM (Dr Brett Kamino, Dr Florent Sahli et Dr Quentin Jeangros). Elles ont été subventionnées par l’Office fédéral suisse de l’énergie, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, l’UE et SIG.
Financement: Office fédéral suisse de l’énergie, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, l'UE et SIG.