TNO, TU Eindhoven, imec et TU Delft, partenaires de Solliance, ont uni leurs forces pour pousser l'efficacité de conversion des cellules solaires en tandem au-delà des limites des modules photovoltaïques (PV) commerciaux actuels. Pour la première fois, des dispositifs tandem pérovskite/silicium à quatre bornes avec une cellule supérieure certifiée ont franchi la barrière des 30 %. Un tel rendement élevé permet plus de puissance par mètre carré et moins de coût par kWh. Le résultat est présenté lors de la 8e Conférence mondiale sur la conversion de l'énergie photovoltaïque (WCPEC-8) à Milan, et il a été obtenu en combinant la cellule solaire pérovskite émergente avec les technologies conventionnelles de cellules solaires au silicium. La cellule pérovskite, qui comporte des contacts transparents et fait partie de la pile en tandem, a été certifiée de manière indépendante.

De plus, l'obtention d'une densité de puissance élevée créera davantage d'opportunités d'intégrer ces cellules solaires dans la construction et les éléments de construction, de sorte qu'une plus grande surface existante puisse être couverte de modules photovoltaïques. Franchir la barrière des 30% est donc un grand pas pour accélérer la transition énergétique et améliorer la sécurité énergétique en réduisant la dépendance aux énergies fossiles.

Le meilleur des deux mondes

Les dispositifs tandem peuvent atteindre des rendements plus élevés que les cellules solaires à jonction unique en raison d'une meilleure utilisation du spectre solaire. Les tandems actuellement émergents combinent la technologie commerciale du silicium pour le dispositif inférieur avec la technologie pérovskite :cette dernière se caractérise par une conversion très efficace de la lumière ultraviolette et visible et une excellente transparence à la lumière proche infrarouge.

Dans les dispositifs en tandem à quatre bornes (4T), les cellules supérieure et inférieure fonctionnent indépendamment l'une de l'autre, ce qui permet d'appliquer différentes cellules inférieures dans ce type de dispositifs. La technologie PERC commerciale ainsi que les technologies haut de gamme telles que l'hétérojonction ou TOPCon ou la technologie à couche mince telle que CIGS peuvent être mises en œuvre dans un dispositif tandem 4T avec pratiquement aucune modification des cellules solaires. De plus, l'architecture à quatre bornes facilite la mise en œuvre de tandems bifaciaux pour augmenter encore le rendement énergétique.

Des chercheurs des Pays-Bas et de Belgique ont réussi à améliorer l'efficacité des cellules de pérovskite semi-transparentes jusqu'à 19,7 % avec une surface de 3x3 mm2, comme certifié par l'ESTI (Italie). "Ce type de cellule solaire présente un contact arrière hautement transparent qui permet à plus de 93 % de la lumière infrarouge proche d'atteindre l'appareil inférieur. Cette performance a été obtenue en optimisant toutes les couches des cellules solaires en pérovskite semi-transparentes à l'aide de simulations optiques et électriques avancées. comme guide pour le travail expérimental en laboratoire », explique le Dr Mehrdad Najafi du TNO.

« Le dispositif en silicium est une cellule solaire à hétérojonction de 20 x 20 mm2 de large dotée d'une passivation de surface optimisée, d'oxydes conducteurs transparents et de contacts avant plaqués Cu pour une extraction de porteurs de pointe », déclare Yifeng Zhao, Ph.D. étudiant à TU Delft, dont les résultats ont été récemment publiés dans Progress in Photovoltaics :Research and Applications . Le dispositif en silicium empilé optiquement sous la pérovskite contribue avec 10,4 % de points d'efficacité à la conversion totale de l'énergie solaire.

Ensemble, 30,1 % est l'efficacité de conversion de ces dispositifs tandem 4T sans correspondance de zone fonctionnant indépendamment. La meilleure efficacité au monde est mesurée selon des procédures généralement acceptées.

L'avenir des modules PV tandem à quatre terminaux

Ce n'est pas tout :la combinaison de cette cellule pérovskite hautement transparente avec d'autres technologies à base de silicium, telles que le contact arrière (cellules de contact arrière enroulées en métal et interdigitées) et les cellules solaires TOPCon, a également permis d'obtenir des rendements de conversion approchant les 30 %. Cela démontre le potentiel des cellules solaires en pérovskite hautement transparentes et leur flexibilité à être combinées avec des technologies déjà commercialisées.

Ces meilleurs rendements mondiaux obtenus sur une multitude de technologies historiques constituent une étape supplémentaire vers le déploiement industriel. "Nous connaissons maintenant les ingrédients et sommes en mesure de contrôler les couches nécessaires pour atteindre une efficacité supérieure à 30 %. Une fois combinés à l'expertise et aux connaissances en matière d'évolutivité acquises au cours des dernières années pour apporter des matériaux et des processus à une grande surface, nous pouvons nous concentrer avec notre partenaires industriels pour amener cette technologie avec des rendements supérieurs à 30 % dans la production de masse ", déclare le professeur Gianluca Coletti, responsable du programme de technologie et d'application Tandem PV chez TNO. + Explorer plus loin

La réorganisation des couches dans les modules de cellules solaires peut aider à améliorer l'efficacité