L’énergie solaire photovoltaïque (PV) se positionne comme un acteur majeur de la production d’énergie durable à l’échelle mondiale. Un rapport récent publié par le Journal of Photonics for Energy (JPE) offre un aperçu des technologies PV émergentes, rédigé par une communauté de 41 experts internationaux.
Un panorama des technologies PV émergentes
Le rapport présente un éventail de technologies PV émergentes, mettant en lumière les principales applications et les voies vers la commercialisation. Il se concentre sur les nouveaux matériaux et concepts de dispositifs, les conceptions de gestion de la lumière, et les stratégies pour dépasser les limites actuelles de la conversion de l’énergie solaire PV.
Chaque section offre un bref aperçu, une mise à jour sur l’état de la technologie, et une discussion sur les défis auxquels sont confrontés les efforts pour commercialiser et augmenter l’échelle de la PV solaire à l’échelle mondiale. Cela inclut le développement d’outils et de processus de fabrication appropriés, ainsi que l’amélioration de l’efficacité et de la durabilité de la PV.
Résumé des principales tendances et innovations
Les technologies photovoltaïques émergentes comprennent plusieurs avancées significatives qui visent à améliorer l’efficacité, la durabilité et la viabilité économique des systèmes solaires.
Silicium photovoltaïque bi-facial
Les cellules photovoltaïques bi-faciales en silicium gagnent en popularité car elles permettent une absorption de la lumière des deux côtés de la cellule, augmentant ainsi le rendement énergétique et réduisant le coût de l’énergie nivelé (LCOE). Les architectures de cellules avancées telles que PERC, PERL, PERT et TOPCon soutiennent la conception bi-faciale et devraient dominer le marché dans les années à venir.
Silicium noir
Le silicium noir, grâce à sa structure nano-texturée, réduit la réflectance de surface et augmente l’absorption des longueurs d’onde plus longues. Les défis liés à la passivation électrique de ces surfaces ont été surmontés, et des méthodes telles que l’implantation ionique ont permis de contrôler le profil de dopage sur ces surfaces nanostructurées. Cela a conduit à des cellules solaires avec une efficacité externe quantique proche de l’unité[1].
PV à couche mince
Les technologies de cellules solaires en couches minces telles que CIGS et CdTe continuent de progresser. Les CIGS bénéficient de substrats flexibles et de traitements post-dépôt qui améliorent la tension en circuit ouvert et l’efficacité. Les cellules CdTe ont vu des améliorations significatives dans la collecte de courant et l’augmentation de la tension en circuit ouvert grâce à l’utilisation de tampons d’oxyde et d’alliages ternaires.
PV en Tandem III-V
Les cellules solaires en tandem III-V ont atteint les plus hautes efficacités grâce à l’ingénierie des bandes interdites et l’intégration verticale de plusieurs sous-cellules. Des stratégies telles que le collage des plaquettes de silicium (wafer bonding), les tampons métamorphiques et l’empilement mécanique ont été développées pour surmonter les contraintes d’appariement des réseaux cristallins.
| Conception | Efficacité % | soleils | Catégorie | Entités |
|---|---|---|---|---|
| 2J GaAsP/Si | 23.4 | 1 | MM, Si | OSU/UNSW/SolAero |
| 3J GaInP/GaAs/Si | 25.9 | 1 | MM, Si | Fraunhofer ISE |
| 3J GaInP/AlGaAs/CIGS | 28.1 | 1 | MS, CIGS | AIST/Fraunhofer ISE |
| 2J GaInP/GaAs | 32.8 | 1 | LM | LG Electronics |
| 2J GaAs//Si (4-terminal) | 32.8 | 1 | MS | NREL/CSEM/EPFL |
| 2J GaInP/mqw-GaAs | 32.9 | 1 | mqw | NREL/UNSW |
| 3J GaInP/GaAs//Si | 35.9 | 1 | MS, Si | NREL/CSEM/EPFL |
| 3J GaInP/GaInAsP//Si | 36.1 | 1 | WB, Si | Fraunhofer ISE/AMOLF |
| 3J GaInP/GaAs/GaInAs (ELO) | 37.8 | 1 | MM, ELO | Microlink |
| 6J AlGaInP/AlGaAs/GaAs/GaInAs(3) | 39.2 | 1 | MM | NREL |
| 3J GaInP/mqw-GaAs/GaInAs | 39.5 | 1 | MM, mqw | NREL |
| 2J GaInAsP/GaInAs | 35.5 | 38 | MM | NREL |
| 3J GaInP/GaAs/GaInAs | 44.4 | 302 | MM | Sharp |
| 4J GaInP/GaAs/GaInAs/GaInAs | 45.7 | 234 | MM | NREL |
| 6J AlGaInP/AlGaAs/GaAs/GaInAs(3) | 47.1 | 143 | MM | NREL |
| 4J GaInP/GaInAs//GaInAsP/GaInAs | 47.6 | 665 | WB | Fraunhofer ISE |
PV Pérovskite
Les cellules solaires à base de pérovskite ont montré un potentiel considérable pour dépasser les limites d’efficacité des technologies existantes. Les architectures en tandem pérovskite-silicium sont particulièrement prometteuses, offrant la possibilité d’atteindre des efficacités de conversion supérieures à 30 %.
PV Organique
Les cellules photovoltaïques organiques ont bénéficié de l’introduction d’accepteurs non-fullerènes, qui offrent des avantages tels que des propriétés optiques et électroniques ajustables, une longue distance de diffusion des excitons et une réduction de la perte d’énergie. Les stratégies pour améliorer le non couplage optique dans les dispositifs OPV minces comprennent des modifications de la géométrie et l’utilisation de micro-cavités pour optimiser l’absorption de la lumière.
Des contributions diverses pour un aperçu complet
Sean Shaheen, rédacteur en chef du JPE, professeur à l’Université du Colorado à Boulder et co-auteur du rapport, commente : « Le rapport est destiné à être une ressource pratique pour les personnes à l’intérieur et à l’extérieur du domaine, y compris les nouveaux chercheurs, les étudiants, les gestionnaires de technologie, et les gestionnaires de programme, qui peuvent jouer un rôle dans l’accélération de l’effort mondial. »
Il note : « Les contributions diverses à ce rapport démontrent la remarquable gamme de technologies PV émergentes ainsi que les développements dans leurs applications. Ils décrivent également certains des défis à une large diffusion. »
Références
Journal of Photonics for Energy. Status report on emerging photovoltaics. 10.1117/1.JPE.13.042301
