Les scientifiques des matériaux de la UCLA Samueli School of Engineering ont développé une cellule solaire à couche mince très efficace qui génère plus d'énergie à partir de la lumière du soleil que les panneaux solaires typiques, grâce à sa conception à double couche.

L'appareil est fabriqué en pulvérisant une fine couche de pérovskite - un composé peu coûteux de plomb et d'iode qui s'est avéré très efficace pour capter l'énergie de la lumière du soleil - sur une cellule solaire disponible dans le commerce. La cellule solaire qui forme la couche inférieure de l'appareil est constituée d'un composé de cuivre, indium, gallium et séléniure, ou CIGS.

La nouvelle cellule de l'équipe convertit 22,4 pour cent de l'énergie entrante du soleil, un record d'efficacité de conversion de puissance pour une cellule solaire tandem pérovskite-CIGS. Les performances ont été confirmées par des tests indépendants menés par le Laboratoire national des énergies renouvelables du département américain de l'Énergie. (L'enregistrement précédent, établi en 2015 par un groupe du Thomas J. Watson Research Center d'IBM, était de 10,9 pour cent.) Le taux d'efficacité du dispositif UCLA est similaire à celui des cellules solaires en polysilicium qui dominent actuellement le marché photovoltaïque.

La recherche, qui a été publié aujourd'hui dans Science , était dirigé par Yang Yang, Carol et Lawrence E. Tannas Jr. de l'UCLA, professeur de science des matériaux.

"Avec notre conception de cellules solaires en tandem, nous tirons de l'énergie de deux parties distinctes du spectre solaire sur la même zone d'appareil, " Yang a déclaré. "Cela augmente la quantité d'énergie générée par la lumière du soleil par rapport à la couche CIGS seule."

Yang a ajouté que la technique de pulvérisation sur une couche de pérovskite pourrait être intégrée facilement et à moindre coût dans les processus de fabrication de cellules solaires existants.

La couche de base CIGS de la cellule, qui fait environ 2 microns (ou deux millièmes de millimètre) d'épaisseur, absorbe la lumière du soleil et génère de l'énergie à un taux de 18,7 % d'efficacité à lui seul, mais l'ajout de la couche de pérovskite d'un micron d'épaisseur améliore son efficacité, tout comme l'ajout d'un turbocompresseur à un moteur de voiture peut améliorer ses performances. Les deux couches sont reliées par une interface à l'échelle nanométrique conçue par les chercheurs de l'UCLA; l'interface aide à donner à l'appareil une tension plus élevée, ce qui augmente la quantité d'énergie qu'il peut exporter.

Et l'ensemble repose sur un substrat de verre d'environ 2 millimètres d'épaisseur.

« Notre technologie a augmenté les performances des cellules solaires CIGS existantes de près de 20 % par rapport à ses performances d'origine, " Yang a dit. "Cela signifie une réduction de 20 pour cent des coûts énergétiques."

Il a ajouté que les appareils utilisant la conception à deux couches pourraient éventuellement atteindre une efficacité de conversion de puissance de 30 %. Ce sera le prochain objectif du groupe de recherche.