Cellule solaire en matériaux III-V sur silicium : le rendement atteint 35,9%

Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer ISE ont mis au point une cellule solaire à jonctions multiples en matériaux III-V sur substrat silicium qui affiche un rendement de conversion record de 35,9%.

Dans le but de réduire davantage la surface requise pour les installations photovoltaïques ainsi que l’utilisation des matériaux, le Fraunhofer ISE se concentre sur le photovoltaïque en tandem. Cette technologie de cellule permet de dépasser les limites d’efficacité traditionnelles en combinant sélectivement différents matériaux de cellule solaire. Les chercheurs de Fribourg ont à nouveau réussi à établir un nouveau record mondial avec une cellule monolithique tandem composée de semiconducteurs III-V et silicium.

La nouvelle cellule solaire tandem III-V // Si avec un rendement de 35,9%. © Fraunhofer ISE / Photo : Michael Schachtner

La nouvelle cellule solaire monolithique à triple jonction – ou plus précisément une cellule solaire tandem III-V // Si – convertit 35,9% de la lumière du soleil en énergie électrique. Cette valeur établit un nouveau record du monde et démontre le potentiel du photovoltaïque en tandem à base de silicium. Dans la nouvelle cellule record, les couches semi-conductrices III-V sont connectées directement à la sous-cellule silicium au niveau atomique.

« L’utilisation d’un nouveau semiconducteur composé (GaInAsP) pour la cellule du milieu était une étape clé de notre succès dans l’amélioration de la valeur d’efficacité. Le nouveau matériau nous a permis d’améliorer la durée de vie des porteurs de charge et ainsi atteindre une tension de cellule plus élevée », déclare Patrick Schygulla, doctorant au Fraunhofer ISE.

Les applications initiales des cellules tandem III-V // Si à haut rendement pourraient se trouver par exemple dans les avions et les drones à propulsion électrique. Aujourd’hui, les coûts de production des nouvelles cellules sont en effet encore nettement plus élevés que les cellules solaires en silicium cristallin à simple jonction conventionnelles. Cela est dû à l’étape d’épitaxie complexe des couches III-V et aux nombreux processus semiconducteurs supplémentaires nécessaires à la fabrication de ces cellules. Les chercheurs de Fraunhofer ISE travaillent intensivement pour rendre la production plus rentable à l’avenir et s’adresser ainsi également au marché photovoltaïque terrestre.

« La combinaison de matériaux semi-conducteurs III-V sur silicium est l’une des approches que nous poursuivons avec des structures en tandem afin d’obtenir des rendements de cellules solaires plus élevés Il faudra attendre quelques années avant que des modules photovoltaïques fabriqués à partir du type de cellule solaire présenté ici soient disponibles sur le marché ; cependant, il s’agit d’une voie importante et tournée vers l’avenir dans le contexte de l’expansion photovoltaïque qui est nécessaire pour un approvisionnement énergétique durable », explique le professeur Andreas Bett, directeur de l’institut Fraunhofer ISE.

Le développement des cellules solaires tandem III-V // Si a été financé par le ministère fédéral allemand des Affaires économiques et de l’Énergie BMWi dans le cadre du projet PoTaSi – « Démonstration du potentiel des cellules solaires monolithiques tandem en semiconducteurs III-V et silicium » ainsi que grâce à une bourse de doctorat de la Fondation Heinrich Böll.