À Neuchâtel, des scientifiques de l’EPFL ont développé une cellule solaire tandem capable de fournir une efficacité certifiée de 29,2 %. Ce résultat a été obtenu en associant une cellule solaire en pérovskite à une cellule solaire en silicium texturé.
Les cellules solaires en silicium utilisées pour la production d’électricité sont largement répandues, mais malgré les innovations leur rendement de conversion devrait culminer à environ 27 % en raison des restrictions thermodynamiques inhérentes au procédé. Le silicium ne permet de capter qu’une partie du rayonnement solaire. Les panneaux équipés de cellules atteindront même probablement un rendement de l’ordre de 23 à 25 % au maximum.
D’après le dossier de Christian Wolff, du service de communication de l’Ecole Polytechnique de Lausanne, des innovations peuvent être développées. Les limites du rendement peuvent être surmontées en associant le silicium à une deuxième cellule solaire qui absorbe les radiations bleues et vertes du spectre solaire . Parmi les matériaux utilisables pour ce tandem, les pérovskites à base d’halogénure sont reconnues comme la meilleure alternative possible afin de booster l’efficacité du silicium sans générer de frais de fabrication supplémentaires trop importants.
IL fallait trouver une manière de revêtir de manière homogène la surface en silicium, laissée intentionnellement rugueuse ou texturée, d’une fine couche de pérovskite à base d’halogénure. La surface texturée permet de réduire au minimum la réflexion de la lumière pour en capter davantage. Ce type de système est celui de toutes les cellules silicium cristallin du marché.
Un rendement de 29,2%
En 2018, les scientifiques du Laboratoire de photovoltaïque et couches minces électroniques (PV-lab) de l’EPFL, sous la direction de Christophe Ballif, ont développé une méthode pour répartir les couches de pérovskite de manière uniforme sur le silicium texturé. Les dispositifs élaborés atteignent un rendement de 25,2 %. Les chercheuses et chercheurs ont amélioré le processus de cristallisation de la pérovskite et développé des couches ultra transparentes avec à la clé des cellules solaires tandem d’une efficacité de 29,2 % sur une surface de 1 cm2. Ce rendement a été certifié par l’institut indépendant Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) en Allemagne, ce qui représente un nouveau record mondial pour un dispositif silicium-pérovskite entièrement texturé.
L’équipe du PV-lab à Neuchâtel (Dr Xin Yu Chin, Deniz Turkay et Dr Christian Wolff), a collaboré avec des ingénieurs du CSEM (Dr Brett Kamino, Dr Florent Sahli et Dr Quentin Jeangros). Elles ont été subventionnées par l’Office fédéral suisse de l’énergie, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, l’Union européenne et les Services Industriels de Genève.
Les scientifiques de l’EPFL ont trouvé une nouvelle manière d’atteindre des rendements supérieurs à 30 % en tirant parti du fort courant électrique fourni par la texture en silicium. « Il faudra encore plusieurs années de recherche et développement pour commercialiser cette technologie et les procédés de fabrication correspondants », explique Christophe Ballif. « L’un des grands défis consistera à développer des cellules solaires pouvant rester sur les toits sans s’altérer pendant plus de 25 ans. Mais le fait d’atteindre une efficacité supérieure sans modifier la texture du silicium sera très intéressante pour l’industrie du photovoltaïque. » Cette découverte offre des perspectives prometteuses afin de réduire le coût de production électrique au kWh, en produisant plus d’énergie sur la même surface.
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