Une nouvelle conception de cellules solaires en couches minces qui nécessitent beaucoup moins de silicium – et pourrait booster l’efficacité – a été développée par l’industriel suisse Oerlikon Solar en collaboration avec des universitaires de l’Institut de Physique de l’Académie des sciences en République tchèque.
Une option à long terme impliquant une production industrielle de panneaux solaires à haut rendement et à bas coût grâce aux matières premières abondantes peuvent être trouvées dans la combinaison des cellules solaires en silicium amorphe et dans les cellules tandem en silicium microcristallin (appelée Micromorph).
"Un inconvénient marque cependant ce type de cellule. En effet, l’efficacité du panneau est inférieure à celle de la production de wafer à base de silicium polycristallin qui prédomine actuellement le marché", explique Milan Vanecek, le responsable du groupe photovoltaïque à l’Institut de physique à Prague.
"Pour rendre les cellules en silicium amorphe et microcristallin plus stables, elles doivent être très minces parce que l’espacement étroit entre les contacts électriques, et l’absorption optique obtenue ne sont pas suffisants", a t’il ajouté. "Ce sont essentiellement des dispositifs planaires. Le silicium amorphe possède une épaisseur de 200 à 300 nanomètres, alors que le silicium microcristallin est plus épais, à 1 micromètre."
Le nouveau design met l’accent sur l’épaisseur optique des cellules solaires qui sont fortement absorbantes, tandis que la distance entre les électrodes reste très proche.
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"Notre nouveau dessin de cellule solaire 3D repose sur la technologie mature de dépôts chimiques en phase vapeur assistée par plasma, qui demeure une technologie déjà utilisée dans l’électronique à base de silicium amorphe (ex : écrans à cristaux liquides). Nous venons d’ajouter un nouveau substrat nanostructuré pour le dépôt de la cellule solaire", a déclaré Milan Vanecek.
Ce substrat nanostructuré consiste en une grille de nanocolonnes d’oxyde de zinc (ZnO) ou, éventuellement, d’un réseau d’alvéoles en nid d’abeilles composé de micro-trous ou de nano-trous gravés dans la couche conductrice transparente d’oxyde de zinc (ZnO).
"Cette dernière approche a fait ses preuves lors de la phase de dépôts des cellules solaires," a précisé Milan Vanecek. "Le potentiel d’efficacité est estimé dans la plage des wafers polycristallins, qui dominent la production des cellules solaires industrielles. Par ailleurs, le coût significativement plus bas des panneaux Micromorphes, avec la même efficacité que les panneaux de silicium polycristallin (12 à 16 %), pourrait faire augmenter leur production à l’échelle industrielle."
La prochaine étape sera une optimisation plus poussée afin de continuer à améliorer l’efficacité. Leur conception a été décrite dans les lettres de physiques appliquées de l’Institut américain de Physique.
