Mettre la technologie tandem perovskite-silicium à maturité industrielle

La chimie humide et le processus sous vide de PeroLabs comprennent une infrastructure de pointe pour le dépôt de films minces par pulvérisation à la fente et par revêtement rotatif, des chambres de vaporisation pour les absorbeurs en pérovskite, les contacts sélectifs et les métaux, ainsi que le dépôt en couches atomiques d'oxydes métalliques sous atmosphère inerte. © Fraunhofer ISE / Fabrication de cellules solaires tandem pérovskite-silicium au Fraunhofer ISE. L'infrastructure du laboratoire comprend des chambres d'évaporation pour les absorbeurs en pérovskite, les contacts sélectifs et les métaux, ainsi que le dépôt en couches atomiques d'oxydes métalliques sous une atmosphère de gaz inerte. © Fraunhofer ISE

Appliquer une seconde cellule solaire en perovskite sur des cellules solaires en silicium classiques permet d'optimiser encore davantage le spectre solaire. Des chercheurs du monde entier travaillent à rendre ces cellules solaires tandem fiables, durables et réalisables avec des procédés de fabrication industriels. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE ont développé, entre 2020 et 2022, en collaboration avec des partenaires industriels dans le cadre du projet conjoint « SWiTch », des technologies pour la fabrication de modules à format complet en perovskite-silicium. Au niveau des cellules, l'équipe du projet principal du Fraunhofer « MaNiTU » et du projet « PrEsto », soutenu par le ministère fédéral de l'Économie et de la Protection du Climat BMWK, a réussi à faire passer les cellules solaires tandem perovskite-silicium du laboratoire à la taille de wafer. Dans le cadre d'une collaboration récemment décidée avec Meyer Burger, l'Institut Fraunhofer ISE intensifiera ses activités dans le domaine des cellules et modules tandem.

Les cellules solaires tandem perovskite-silicium représentent une évolution de la technologie standard établie basée sur des wafers de silicium. Une cellule solaire en perovskite avec une grande bande interdite est déposée sur la cellule solaire en silicium afin d'optimiser l'utilisation de la lumière solaire. « Avec elles, des rendements de plus de 35 pour cent sont possibles », explique le Prof. Dr. Andreas Bett, directeur de l'institut Fraunhofer ISE. « Les cellules solaires tandem perovskite-silicium en laboratoire ont déjà dépassé la limite physique des cellules simples en silicium, qui est de 29,4 pour cent, et peuvent ainsi rendre les cellules solaires encore plus efficaces à l'avenir. »

Passage à l'échelle des cellules de laboratoire à la taille de wafer

Actuellement, le meilleur rendement publié en laboratoire est de 31,3 pour cent. Cependant, la surface de ces cellules solaires de laboratoire est encore petite — environ 1 centimètre carré — et la plupart des procédés de fabrication utilisés en laboratoire ne sont pas adaptés à la production industrielle. « Nous sommes donc très heureux d'avoir réussi à atteindre un rendement certifié de 22,5 pour cent sur une surface de plus de 100 centimètres carrés, en utilisant une métallisation par sérigraphie industrielle. Notre objectif est désormais de réaliser, avec des méthodes évolutives à grande surface, les hauts rendements de nos petites cellules de laboratoire », explique la Dr. Patricia Schulze, scientifique du projet « MaNiTU » à l'Institut Fraunhofer ISE. Les chercheurs travaillent particulièrement intensément sur un procédé hybride de dépôt combinant deux procédés de fabrication établis pour produire des cellules solaires en perovskite sur des cellules en silicium double face texturées.

Premiers modules à format complet construits

Dans le cadre du projet conjoint « SwiTch », l'Institut Fraunhofer ISE a développé, en collaboration avec ses partenaires, des solutions d'interconnexion et d'encapsulation pour les cellules solaires tandem. « Les processus d'interconnexion et de lamination ont dû être compris et adaptés de manière à pouvoir intégrer sans dommage, à moindre coût et de manière stable à long terme, les cellules solaires en perovskite-silicium dans le module », explique le Dr. Holger Neuhaus, chef du département modules photovoltaïques à l'Institut Fraunhofer ISE. Des prototypes avec une puissance de 430 watts crête ont déjà été réalisés. Le développement a été complété par une analyse détaillée des pertes cellule-à-module et par des travaux sur la stabilité à long terme des modules tandem. Dans le cadre du projet conjoint « SALTO », l'Institut Fraunhofer ISE a pu établir la technologie d'interconnexion SWCT de Meyer Burger pour des modules à format complet. Cette technologie à basse température est adaptée pour l'interconnexion de cellules solaires en silicium-perovskite, par rapport aux procédés de soudure conventionnels.