Fraunhofer ISE développe la cellule solaire la plus efficace au monde avec un rendement de 47,6 %

Grâce à une nouvelle couche antireflet, il a été possible d'augmenter l'efficacité de la meilleure cellule solaire quadruple à ce jour, passant de 46,1 % à 47,6 %. © Fraunhofer ISE / Grâce à l'amélioration des couches antireflet, l'efficacité de la meilleure cellule solaire à quatre jonctions à ce jour est passée de 46,1 % à 47,6 %. © Fraunhofer ISE

Grâce à une nouvelle couche antireflet, il a été possible d'augmenter l'efficacité de la meilleure cellule solaire quadruple à ce jour, passant de 46,1 % à 47,6 %. © Fraunhofer ISE / Grâce à l'amélioration des couches antireflet, l'efficacité de la meilleure cellule solaire à quatre jonctions à ce jour est passée de 46,1 % à 47,6 %. © Fraunhofer ISE

Le rendement de la nouvelle cellule solaire quadruple augmente jusqu'à une concentration de la lumière du soleil de 665 et atteint pour la première fois une valeur de 47,6 pour cent. © Fraunhofer ISE

L'efficacité de la nouvelle cellule solaire à quatre jonctions augmente avec la concentration jusqu'à 665 soleils, atteignant pour la première fois un taux de conversion de 47,6 pour cent. © Fraunhofer ISE

Efficacité quantique de la nouvelle cellule solaire quadruple : la cellule supérieure en GaInP absorbe la lumière solaire à courte longueur d'onde dans le spectre visible. La lumière infrarouge est convertie dans les cellules inférieures en AlGaAs, GaInAsP et GaInAs. © Fraunhofer ISE

Efficacité quantique de la nouvelle cellule solaire à quatre jonctions. La sous-cellule supérieure, composée de GaInP, absorbe la lumière solaire à ondes courtes dans le spectre visible. La lumière infrarouge est convertie dans les sous-cellules situées en dessous, qui sont fabriquées en AlGaAs, GaInAsP et GaInAs respectivement. © Fraunhofer ISE

Les chercheurs et chercheuses du Fraunhofer-Institut pour les systèmes énergétiques solaires ISE ont réussi, à l'aide d'une nouvelle couche antireflet, à augmenter l'efficacité de la meilleure cellule solaire quadruple jusqu'à présent, passant de 46,1 % à 47,6 % à une concentration solaire de 665 fois. Une étape importante, car il n'existe actuellement aucune cellule solaire plus efficace dans le monde. Les résultats ont été présentés lors du 2e atelier international TandemPV, qui se tient actuellement à Fribourg.

Depuis deux ans, le Fraunhofer ISE travaille sur le projet ambitieux nommé « 50Prozent ». Financé par le ministère fédéral de l'Économie et de la Protection du Climat BMWK, il vise à créer pour la première fois une cellule solaire avec un rendement de 50 %. À cette fin, chaque couche de la cellule solaire multi-jonction complexe est encore optimisée, et des améliorations technologiques de processus sont apportées aux contacts métalliques ainsi qu'à l'intégration de couches antireflet améliorées. L'équipe du projet a maintenant réalisé une première avancée : leur toute dernière cellule solaire atteint un rendement de 47,6 % sous lumière solaire concentrée.

« Nous sommes enthousiasmés par ce résultat, qui a été obtenu seulement un an après l'ouverture de notre nouveau centre pour les cellules solaires à rendement élevé », déclare le Dr Frank Dimroth, chef du département photovoltaïque III-V et technologie de concentration au Fraunhofer ISE. « Nous souhaitons, par notre travail, contribuer à rendre la photovoltaïque à concentration encore plus efficace et compétitive, car nous croyons que c'est la forme la plus durable de production d'électricité renouvelable. »

La structure en couches de la nouvelle cellule solaire a été développée dès 2016 en collaboration avec la société française Soitec AG, concepteur et fabricant de matériaux semi-conducteurs innovants. Il s'agit d'une cellule tandem supérieure en phosphure d'indium-gallium (GaInP) et en arsenure d'aluminium-gallium (AlGaAs), laquelle a été liée par Soitec à une cellule tandem inférieure en phosphure d'indium-gallium-arséniure (GaInAsP) et en arsenure de gallium-indium (GaInAs).

Les couches de la cellule solaire ont été équipées, au centre pour les cellules solaires à rendement élevé du Fraunhofer ISE, de couches de contact améliorées et d'une couche antireflet à 4 couches. Cela réduit les pertes de résistance ainsi que la réflexion à l'avant de la cellule, qui est sensible dans un large spectre de 300 à 1780 nanomètres. Les cellules solaires classiques en silicium n'absorbent la lumière solaire que jusqu'à une longueur d'onde de 1200 nanomètres, et n'ont donc pas besoin d'une couche antireflet aussi large.

Les cellules solaires multi-jonctions en semi-conducteurs III-V font partie depuis toujours des cellules solaires les plus efficaces au monde. Elles atteignent leur plein potentiel lorsque la lumière du soleil est concentrée à l'aide de lentilles sur de petits éléments de quelques millimètres carrés. « Parmi les applications possibles de ces cellules tandem à haute efficacité figurent les systèmes de photovoltaïque à concentration, qui contribuent à une production d'énergie efficace dans les pays ensoleillés », explique le Prof. Dr Stefan Glunz, responsable de la recherche en photovoltaïque au Fraunhofer ISE. « Avec la photovoltaïque tandem, il est possible de dépasser les limites des cellules solaires simples et ainsi de réduire finalement le coût de l'électricité solaire. »