Meilleure efficacité grâce au cristal magique qu’est la pérovskite
La pile solaire tandem est simplement meilleure
Le clou de ce nouveau procédé: l’application de la deuxième couche de cellule photovoltaïque s’effectue à une température de 50 degrés seulement. Ce qui, pour les processus de fabrication industriels futurs, promet une étape de production peu coûteuse et économe en énergie. D’emblée, cette cellule solaire tandem a atteint un taux de conversion de l’énergie solaire en électricité de 20.5 pour-cent. Elle fait ainsi jeu égal avec les meilleures cellules solaires produites jusqu’ici dans le monde. Et son potentiel n’est encore de loin pas épuisé, ainsi que le soulignent les chercheurs de l’Empa.
Des ballons de football moléculaires comme support du cristal magique
L’avantage de la cellule solaire tandem: une meilleure utilisation du spectre du rayonnement solaire
Pour la couche inférieure de cette cellule tandem, les chercheurs de l’Empa ont utilisé une cellule CIGS (diséléniure de cuivre indium gallium) – un type de cellule sur lequel ils effectuent des travaux de recherche depuis des années déjà et une production à petite échelle de modules solaires flexibles à base de cellules CIGS a déjà débuté (voir communiqué de presse Empa du 11 juin 2015).
L’avantage des cellules solaires tandems réside dans leur meilleure utilisation du rayonnement solaire. Une pile solaire ne peut transformer que le rayonnement dont l’énergie est supérieure à celle de la bande interdite du semi-conducteur utilisé. Si l’énergie du rayonnement est plus faible que celle de la bande interdite, il ne se forme pas d’électricité. Si son énergie est trop élevée, l’énergie excédentaire se transforme en chaleur et se perd. Une cellule solaire à deux étages telle que la cellule pérovskite-CIGS de l’Empa associe des substances qui possèdent des bandes interdites différentes et qui peuvent ainsi transformer une plus grande partie du rayonnement solaire en électricité.
Des rendements supérieurs à 30 pour-cent sont possibles
Alors que les très bonnes cellules solaires «mono-étage» transforment au maximum 25 pour-cent de l’énergie solaire en électricité, les cellules solaires tandems pourraient bien dépasser la barre des 30 pour cent, comme le déclare Ayodhya Tiwari qui dirige le laboratoire Couches minces et photovoltaïque. Mais d’ici là beaucoup de travail reste encore à faire en recherche. «Ce que nous avons atteint n’est que le début, de nombreux obstacles restent encore à franchir. Il nous faut avoir recours à un très large savoir interdisciplinaire et réaliser encore un grand nombre d’expériences pour trouver la meilleure combinaison d’une cellule solaire semi-transparente haute performance avec la cellule de base adéquate.»
Stephan Bücheler, qui coordonne les travaux de recherche au sein de l’équipe de Tiwari, relève que la course à l’efficacité dans la recherche sur les cellules solaires n’est pas qu’une affaire de prestige entre instituts de recherche. «Dans la production d’électricité solaire, seule la moitié des coûts est occasionnée par les modules solaires. L’autre moitié provient de l’infrastructure: onduleur, câblage, constructions porteuses pour les modules, frais d’ingénieur et d’installation. Tous ces coûts accessoires vont diminuer si les cellules solaires deviennent plus efficaces avec des installations de plus petite taille. Les cellules solaires efficaces sont ainsi la clé de l’éco-électricité bon marché.»
Bibliographie
Low-temperature-processed efficient semi-transparent planar perovskite solar cells for bifacial and tandem applications
F Fu, T Feurer, T Jäger, E Avancini, B Bissig, S Yoon, S Buecheler & AN Tiwari
Nat Commun 6, 8932 (2015); DOI: 10.1038/ncomms9932
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