Une équipe de scientifiques de l'Université de Manchester a résolu un défaut majeur des panneaux solaires après 40 ans de recherche à travers le monde.

Les panneaux solaires sont parmi les systèmes les plus disponibles de production d'énergie à partir de sources renouvelables en raison de leur coût relatif et de la disponibilité des consommateurs. Cependant, la majorité des cellules solaires n'atteignent qu'une efficacité de 20 % — pour chaque kW d'ensoleillement équivalent, environ 200W de puissance électrique peuvent être générés.

Aujourd'hui, une équipe internationale de chercheurs a résolu un problème fondamental clé de défaut matériel qui limite et dégrade l'efficacité des cellules solaires. Le problème est connu et étudié depuis plus de 40 ans, avec plus de 270 articles de recherche attribués au problème sans solution.

La nouvelle recherche montre la première observation d'un défaut de matériau jusqu'alors inconnu qui limite l'efficacité des cellules solaires en silicium.

Professeur Tony Peaker, qui a coordonné la recherche maintenant publiée dans le Journal de physique appliquée a déclaré :« En raison de l'impact environnemental et financier, La « dégradation de l'efficacité » des panneaux solaires a fait l'objet de beaucoup d'intérêt scientifique et technique au cours des quatre dernières décennies. Cependant, malgré certains des meilleurs esprits du secteur qui y travaillent, le problème a toujours résisté à la résolution jusqu'à présent."

« Pendant les premières heures de fonctionnement, après l'installation, l'efficacité d'un panneau solaire chute de 20 pour cent à environ 18 pour cent. Une baisse absolue de 2% de l'efficacité peut ne pas sembler un gros problème, mais si l'on considère que ces panneaux solaires sont désormais chargés de fournir une fraction importante et en croissance exponentielle des besoins énergétiques totaux du monde, c'est une perte importante de capacité de production d'électricité."

Le coût énergétique de ce déficit dans la capacité solaire installée dans le monde se chiffre en dizaines de gigawatts, cela équivaut à plus d'énergie que ce qui est produit par le total combiné des 15 centrales nucléaires du Royaume-Uni. Le déficit solaire doit donc être comblé par d'autres sources d'énergie moins durables telles que la combustion de combustibles fossiles.

L'approche expérimentale et théorique multidisciplinaire employée par les chercheurs a identifié le mécanisme responsable de la dégradation induite par la lumière (LID). Combinant une technique électrique et optique spécialisée, connue sous le nom de « spectroscopie transitoire de niveau profond » (DLTS), l'équipe a découvert l'existence d'un défaut matériel qui est initialement en sommeil dans l'utilisation du silicium pour fabriquer les cellules.

La charge électronique dans la majeure partie de la cellule solaire en silicium est transformée sous la lumière du soleil, partie de son processus de production d'énergie. L'équipe a découvert que cette transformation implique un "piège" très efficace qui empêche le flux de porteurs de charge photo-générés (électrons).

Le Dr Iain Crowe a déclaré :« Ce flux d'électrons est ce qui détermine la taille du courant électrique qu'une cellule solaire peut fournir à un circuit, tout ce qui l'empêche de réduire efficacement l'efficacité des cellules solaires et la quantité d'énergie électrique pouvant être générée pour un niveau d'ensoleillement donné. Nous avons prouvé que le défaut existe, c'est maintenant une solution d'ingénierie qui est nécessaire."

La technique standard de l'industrie utilisée pour déterminer la qualité du matériau silicium mesure la durée de vie des porteurs de charge, qui est plus long dans un matériau de haute qualité avec moins de "pièges". Les chercheurs de Manchester dirigés par le professeur Matthew Halsall ont découvert que leurs observations étaient fortement corrélées avec cette durée de vie du porteur de charge, qui a été significativement réduite après transformation du défaut sous illumination. Ils ont également noté que l'effet était réversible, la durée de vie augmente à nouveau lorsque le matériau est chauffé dans l'obscurité, un processus couramment utilisé pour supprimer les « pièges ».

Le papier, "Identification du mécanisme responsable de la dégradation induite par la lumière du bore et de l'oxygène dans les cellules photovoltaïques au silicium, " est publié dans le Journal de physique appliquée .