Aujourd'hui, lors de la conférence EU PVSEC, imec, le pôle mondial de recherche et d'innovation en nanoélectronique, technologies énergétiques et numériques, présente une cellule solaire tandem à couche mince constituée d'une cellule de pérovskite supérieure développée par Imec dans le cadre des partenariats d'EnergyVille et de Solliance, et une cellule CIGS inférieure du Center for Solar Energy and Hydrogen Research (ZSW, Stuttgart, Allemagne). La cellule tandem issue de cette collaboration atteint un rendement record de 24,6 %.

La cellule supérieure en pérovskite du tandem utilise la lumière dans la partie visible du spectre solaire, tandis que la lumière dans le spectre proche infrarouge qui traverse la cellule pérovskite est récoltée par la cellule CIGS sous-jacente. De cette façon, la cellule tandem surpasse de manière significative les cellules pérovskite et CIGS autonomes. De plus, les cellules pérovskite et CIGS sont des cellules solaires à couche mince, ouvrant la voie aux cellules solaires flexibles à haut rendement et aux solutions photovoltaïques intégrées au bâtiment (BIPV).

Le tandem à 4 bornes se compose d'une cellule solaire pérovskite empilée sur une cellule CIGS, basé sur un concept de dispositif entièrement évolutif pour permettre l'adoption industrielle du processus. Le nouveau rendement record de 24,6% a été atteint grâce à plusieurs innovations. Tout d'abord, la transmittance de la cellule pérovskite pour la lumière proche infrarouge a été améliorée en ajoutant des couches de couplage optique à l'empilement en tandem et en optimisant les électrodes transparentes. Deuxièmement, la pérovskite elle-même a été optimisée en termes de large bande interdite de 1,72 eV pour une efficacité en tandem plus élevée.

La cellule CIGS de 0.5cm² a été réalisée sur la ligne à haut rendement de ZSW, employant tous les processus optimisés nécessaires à la préparation des dispositifs d'enregistrement. C'était donc l'échantillon idéal pour la combinaison avec la cellule pérovskite. D'autres améliorations de la technologie ouvriront finalement la voie à des cellules solaires en tandem à couche mince avec des rendements de plus de 30 %.

"Nous travaillons sur deux types de cellules tandem, " explique Tom Aernouts, chef de groupe pour le photovoltaïque en couches minces chez imec/EnergyVille. "Nous combinons notre technologie pérovskite de pointe avec des cellules inférieures en silicium ou CIGS. L'avantage du CIGS est qu'il s'agit d'une technologie à couche mince, tout comme la pérovskite, et que les cellules tandem peuvent donc être fabriquées dans une grande variété de formes et de tailles. Cela permet d'utiliser cette technologie dans des applications photovoltaïques intégrées au bâtiment. Les travaux futurs se concentreront sur la mise à l'échelle de la technologie vers des modules plus grands. De plus, nous étudierons également le développement de solutions pour les cellules à deux bornes en raison de leur importance pour l'industrie photovoltaïque. À la fin, c'est l'appropriation de nos résultats par nos partenaires industriels qui est importante."

"Nous devons l'efficacité record à deux facteurs, " dit le Prof. Dr. Michael Powalla, membre du conseil d'administration et chef de la division photovoltaïque de ZSW. "D'une part à la cellule pérovskite améliorée, d'autre part à l'un des meilleurs rendements au monde pour les cellules CIGS. Il existe plusieurs paramètres de la cellule CIGS que nous pouvons optimiser en ce qui concerne sa combinaison avec la cellule supérieure pérovskite. Ainsi, nous nous attendons à des valeurs d'efficacité encore meilleures à l'avenir, ouvrant la voie à de nouvelles réductions de coûts."

Cette réalisation résulte d'une collaboration internationale durable d'imec, ZSW et Institut de technologie de Karlsruhe.