Les cellules solaires multi-jonctions sont à la fois le type de cellule solaire le plus efficace sur le marché aujourd'hui et le type de cellule solaire le plus cher à produire. Dans un document de preuve de concept, des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord détaillent une nouvelle approche pour créer des cellules solaires à jonctions multiples à l'aide de composants du commerce, d'où un moindre coût, cellules solaires à haut rendement pour une utilisation dans de multiples applications.

Multi-jonction, ou empilé, les cellules solaires sont actuellement les cellules les plus performantes du marché, convertir jusqu'à 45 % de l'énergie solaire qu'ils absorbent en électricité. Les cellules sont construites en empilant des semi-conducteurs avec des bandes interdites variables les uns sur les autres, permettant ainsi à la cellule d'absorber différentes longueurs d'onde du rayonnement solaire. Cependant, ces cellules sont beaucoup plus chères à produire que des films solaires minces moins efficaces.

"Nous voulons créer des cellules solaires à haut rendement à un coût raisonnable, " dit Salah Bedair, Professeur émérite de génie électrique et informatique à NC State et auteur principal de la recherche. "Les cellules solaires minces à base de silicium sont très populaires car le matériau a une efficacité d'environ 20% et les cellules coûtent environ 1/10 ^e combien coûte une cellule solaire multi-jonctions. Et d'autres low cost, les matériaux à faible efficacité gagnent également en popularité. Si nous pouvions créer des cellules solaires empilées en utilisant cette technologie existante, nous serions sur la bonne voie pour atteindre notre objectif. »

Cependant, vous ne pouvez pas simplement empiler différentes cellules solaires les unes sur les autres - les différents matériaux sont structurellement incompatibles, et donc les charges ne peuvent pas passer par eux pour être collectées. Pour résoudre ce problème dans les cellules solaires multijonctions actuelles, des métaux fortement dopés sont utilisés pour créer une jonction tunnel entre les différentes couches, ce qui ajoute des dépenses et une complexité importantes à la création de la cellule solaire multijonction.

Bedair et son équipe ont développé une approche plus simple, utilisant une liaison intermétallique pour lier des cellules solaires constituées de différents matériaux. Dans une preuve de concept, l'équipe a empilé une cellule solaire à l'arséniure de gallium du commerce sur une cellule solaire au silicium.

"Dans les cellules solaires à jonctions multiples, la jonction tunnel permet la connectivité électrique en agissant comme une connexion métal-métal, " Bedair dit. " Dans notre système, l'indium sert de raccourci à cela. Les contacts métalliques existants des cellules individuelles sont recouverts de films d'indium. Les films d'indium se lient facilement à température ambiante sous basse pression. Le résultat est une cellule solaire composée de deux matériaux différents qui sont empilés mécaniquement et connectés électriquement.

"Avec cette technique, nous pouvons profiter de des solutions prêtes à l'emploi sans avoir à développer de nouvelles technologies. Les fabricants pourraient simplement modifier légèrement leurs produits existants pour augmenter leur efficacité dans les cellules solaires multi-jonctions, plutôt que d'avoir à créer de nouveaux produits."

Le papier, "A New Approach for Multi-Junction Solar Cells from Off-the-Shelf Individual Cells:GaAs/Si" a été présenté lors de la réunion de spécialistes photostatiques de l'IEEE qui s'est tenue le 19 juin à Chicago, IL. Une demande de brevet a été déposée pour l'œuvre.