Des chercheurs de Singapour ont exploité une technologie de nanostructure avancée pour créer une cellule solaire en silicium hautement efficace et pourtant moins chère. Avec ce développement, les chercheurs espèrent que le coût de l'énergie solaire pourra être divisé par deux.
Développé conjointement par l'Université technologique de Nanyang (NTU) et l'Institut de microélectronique A*STAR (IME), les nouvelles cellules solaires en silicium à couche mince sont conçues pour être fabriquées à partir de matériaux moins chers, silicium de faible qualité. Cependant, il est capable de générer des courants électriques proches de ceux produits par les cellules solaires traditionnelles fabriquées à partir de coûteuses, silicium de haute qualité.
Les nouvelles cellules solaires nanostructurées NTU-A*STAR peuvent produire un courant de (34,3mA/cm 2 ) – un record du monde pour une cellule solaire au silicium de ce type.
Ceci est rendu possible en créant une texture unique à l'aide de nanostructures - qui sont des milliers de fois plus petites qu'un cheveu humain - à la surface de la cellule solaire.
La sortie de courant électrique résultante est proche de celles des cellules traditionnelles (40mA/cm 2 ). Les cellules solaires à couche mince conventionnelles produisent généralement environ la moitié du courant que les cellules traditionnelles produisent.
L'adoption de l'énergie solaire dans le monde est entravée par le coût élevé des panneaux solaires traditionnels, en partie parce qu'il est fabriqué à partir de silicium massif cristallin de haute qualité.
L'utilisation d'un film mince de silicium amorphe (sans forme) de faible qualité sans texture - qui est plus de 100 fois plus mince - résout le problème du coût des matériaux, mais il n'est pas aussi efficace pour convertir la lumière du soleil en électricité, produisant ainsi moins d'énergie.
La nouvelle méthode de nanostructure, qui crée une texture unique à la surface du silicium amorphe, améliore l'efficacité de conversion de puissance (PCE) de la cellule de silicium à couche mince et augmente ainsi la production d'énergie.
Le chef de projet de l'IME, Dr Navab Singh, Scientifique principal du programme NanoElectronics de l'IME, a déclaré : « Pour atténuer l'absorption réduite de la lumière et la recombinaison des porteurs dans les cellules à couche mince de silicium amorphe, nous avons conçu et fabriqué les nouvelles nanostructures sur une surface de silicium. La seule application de la stratégie de texturation de surface d'IME a atteint un niveau record de densité de courant de court-circuit avec 5,26 % de PCE."
« Les rendements de conversion de puissance au niveau des cellules des cellules solaires en silicium cristallin en vrac sont de 20 à 25 %. Étant donné que la densité de courant de court-circuit est directement proportionnelle au PCE, il est concevable que les efforts ultérieurs pour améliorer le facteur de remplissage et la tension en circuit ouvert augmenteraient considérablement le PCE final des cellules solaires à couche mince de silicium pour qu'il corresponde à celui des cellules solaires en silicium massif. Nos futurs efforts de recherche exploreront d'autres stratégies de piégeage de la lumière telles que la plasmonique, " a poursuivi le Dr Singh.
Professeur Cheng Tee Hiang, Président de l'École de génie électrique et électronique, a déclaré que l'amélioration de l'efficacité des cellules solaires à faible coût est essentielle pour encourager l'adoption de l'énergie solaire dans le monde.
« Le monde d'aujourd'hui est confronté à plusieurs défis, qui incluent l'épuisement des combustibles fossiles, l'augmentation du coût de ces carburants et une empreinte carbone croissante. Chez NTU, nous nous engageons à développer la prochaine génération de cellules solaires bon marché, efficace et facile à fabriquer, afin de permettre à l'énergie solaire de jouer un rôle plus important en tant que ressource renouvelable.
La durabilité est l'un des cinq sommets d'excellence de NTU que l'université vise à faire sa marque à l'échelle mondiale dans le cadre du plan stratégique quinquennal de NTU 2015. Les quatre autres pics incluent les futurs soins de santé, nouveau média, le meilleur de l'Orient et de l'Occident, et innovation.
Professeur Dim-Lee Kwong, Directeur exécutif de l'IME, mentionné, « La demande de cellules solaires à couche mince devrait doubler d'ici 2013. Les efforts de recherche de l'IME dans ce domaine sont en accord avec le mouvement mondial vers des solutions énergétiques renouvelables pro-environnementales et rentables.
