Record d’efficacité pour du solaire à concentration

La lumière du soleil a été concentrée par un facteur de 454, et dirigée vers une cellule solaire multi-jonction de 5 mm² de surface. Celle-ci se compose de couches de Phosphure de Gallium-Indium (InGaP), d’arséniure d’Indium et de Gallium (GalnAs) sur un substrat de germanium (Ge).

Depuis 1999, le Fraunhofer Institut pour les Systèmes d’Energie Solaires (ISE) développe des cellules solaires métamorphiques multi-jonction, un type spécial de cellules utilisant les composants semi-conducteurs III-V. Ces matériaux, particulièrement adaptés à la conversion de la lumière, peuvent être combinés à condition d’employer une méthode appelée croissance métamorphique.

Contrairement aux cellules solaires conventionnelles, les semi-conducteurs de ces cellules n’ont pas la même constance de réseau, soit la distance entre les atomes dans une structure cristalline. Cette particularité rend difficile l’association des couches de semi-conducteurs III-V avec un cristal de haute qualité, car elle engendre des défauts de la structure cristalline.

C’est cet obstacle que sont parvenus à surmonter les chercheurs de l’institut, ouvrant la voie à de hauts rendements. Ils ont localisé les défauts dans une région de la cellule qui n’est pas électriquement active. Grâce à cela, ils ont pu garantir la quasi absence de défauts dans les régions électriquement actives.

Pour le professeur Eicke R. Weber, directeur de la section solaire de l’Institut, "il s’agit d’un exemple particulièrement pertinent de la façon dont le contrôle des défauts dans le cristal semi-conducteur peut conduire à une percée dans la technologie."

Cette avancée permet aux chercheurs d’utiliser une plus vaste gamme de composés III-V. Leur combinaison de matériaux a ainsi permis d’atteindre le rendement record de 41,1%, par une concentration de lumière d’un facteur 454. Même par une concentration de 880, la plus grande efficacité obtenue jusqu’alors était de 40,4%.

L’Institut travaille en partenariat avec les sociétés Azur Space et Concentrix Solar, pour rendre cette technologie compétitive dès que possible. "La haute efficacité des cellules solaires représente le moyen le plus efficace pour réduire les coûts de production d’électricité des systèmes photovoltaïques à concentration", souligne Andreas Bett, chef du département ISE.

"Nous voulons que le photovoltaïque devienne compétitif avec les méthodes conventionelles de production d’électricité le plus tôt possible. Avec nos nouveaux résultats, nous avons fait un grand pas de en avant vers la réalisation de cet objectif."

La recherche dans les cellules solaires multi-jonction III-V est soutenue depuis 15 ans par le ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche, et, plus récemment par le ministère de l’environnement, de la nature et de la sûreté nucléaire.