Lancement de la plateforme technologique pour la mise à l'échelle de la photovoltaïque tandem pérovskite-silicium

Conception de cellules solaires tandem pérovskite-silicium et les processus de fabrication associés font l'objet de recherches intensives. © Fraunhofer ISE / Conception de cellules solaires tandem pérovskite-silicium et processus de fabrication associés font l'objet de recherches intensives. © Fraunhofer ISE

Image au microscope d'une cellule solaire tandem pérovskite-silicium sur silicium texturé. L'absorbeur pérovskite a été fabriqué par évaporation des composants inorganiques, suivie d'une infiltration chimique humide des composants organiques. © Fraunhofer ISE

Les cellules solaires tandem pérovskite-silicium promettent des rendements supérieurs à 30 %, et les laboratoires de recherche du monde entier annoncent régulièrement de nouveaux records. Cependant, ces records sont réalisés sur des surfaces environ 400 fois plus petites que la taille actuelle des wafers d'une cellule solaire en silicium industrielle. Les chercheurs en photovoltaïque étudient actuellement plusieurs pistes prometteuses pour une fabrication évolutive et économique de ces cellules solaires tandem. Dans le cadre des projets de recherche financés par le ministère fédéral de l'Économie et de la Protection du Climat « Pero-Si-SCALE » et « LiverPool », l'Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires ISE construit désormais une plateforme technologique indépendante pour la mise à l’échelle des cellules et modules solaires tandem pérovskite-silicium. L'objectif est de faire progresser et d'analyser la conception des cellules et modules ainsi que leurs processus de fabrication, afin de permettre un transfert rapide vers l'industrie.

« Une telle plateforme de recherche pour la photovoltaïque tandem pérovskite-silicium à ce stade de maturité technologique est jusqu'à présent unique au niveau mondial, ce qui constitue une caractéristique distinctive pour la recherche et le développement photovoltaïque allemand », déclare le Prof. Dr. Stefan Glunz, responsable du département de recherche en photovoltaïque au Fraunhofer ISE. « Cela nous permet de soutenir efficacement l'industrie photovoltaïque allemande et européenne, même en collaboration avec d'autres institutions de recherche allemandes, dans le développement et la mise en œuvre de la prochaine génération de cellules solaires. »

Avec la plateforme Pero-Si-SCALE, il s'agit de construire et de développer des processus, des technologies et des compétences nécessaires pour fabriquer, caractériser et tester des cellules solaires pérovskite-silicium de format industriel M12. « D'ici la fin 2024, nous mettrons en place une ligne de processus », explique le Dr. Martin Hermle, chef de projet pour la mise en place de la plateforme technologique au Fraunhofer ISE. « Celle-ci comprendra des équipements pour la déposition sous vide et des processus de revêtement chimique humide pour la cellule partielle pérovskite de la cellule tandem. Au niveau du module, pour le développement des processus de fabrication, une colleuse industrielle de nouvelle génération sera disponible, ainsi qu’un système de luminescence pour le contrôle du processus de câblage. De plus, nous pourrons étendre la caractérisation, l’étalonnage et l’analyse de la qualité des cellules et modules solaires au Fraunhofer ISE sur de grandes wafers. »

Pour la fabrication des cellules de laboratoire jusqu’à présent utilisées, d’une superficie d’un centimètre carré, la méthode la plus couramment employée est le spin-coating chimique humide. Cette méthode est pratique pour de petits formats de laboratoire et permet de tester rapidement de nouvelles conceptions de cellules. Cependant, le spin-coating n’est pas scalable à des tailles de substrats industrielles. Pour appliquer la couche partielle pérovskite sur la cellule partielle en silicium, ainsi que pour les contacts, la plateforme Pero-Si-SCALE se concentre donc sur des processus de vaporisation par dépôt. Le développement de méthodes d’évaporation sous vide industrialisables pour les matériaux pérovskite et les couches de contact est l’objectif du projet « LiverPool ».

La montée en puissance de la technologie tandem pérovskite-silicium est également à l’ordre du jour lors de l’atelier tandemPV de cette année, qui se tiendra du 6 au 8 juin 2023 à Chambéry, en France. La chercheuse Dr. Patricia Schulze et le chercheur Oussama Er-Raji, tous deux du Fraunhofer ISE, donneront des conférences lors de la session « Process and Upscaling ». Oussama Er-Raji présentera un aperçu de la voie hybride de processus pour la réalisation de cellules solaires tandem pérovskite-silicium à haute efficacité. Dr. Patricia Schulze donnera un aperçu de l’état actuel de la photovoltaïque tandem pérovskite-silicium au Fraunhofer ISE.