L’Institut Fraunhofer pour les Systèmes Energétiques Solaires (ISE), Soitec, le CEA-Leti et le Centre Helmholtz de Berlin ont conjointement annoncé avoir atteint un nouveau record du monde dans la conversion du rayonnement solaire en électricité, avec une nouvelle structure de cellule solaire à quatre jonctions.
Dépassant la compétition après seulement trois ans de recherche, et s’inscrivant directement dans le peloton de tête de la course à l’efficacité, une nouvelle efficacité record de 44,7 % a été mesurée avec un facteur de concentration de 297. Cela signifie que 44,7 % de l’énergie du spectre solaire, allant de l’ultraviolet jusqu’à l’infrarouge, est convertie en énergie électrique. Il s’agit d’une étape importante dans la poursuite de la réduction des coûts de l’électricité solaire et d’un nouveau pas vers l’obtention d’un taux de 50% d’efficacité.
En mai 2013, l’équipe germano-française du Fraunhofer ISE, de Soitec, du CEA-Leti et du Centre Helmholtz de Berlin avait déjà annoncé une cellule solaire avec un rendement de 43,6 %. Capitalisant sur ce résultat, de nouveaux travaux intensifs de recherche et des étapes d’optimisation ont permis d’atteindre l’efficacité actuelle de 44,7%.
De telles cellules solaires sont utilisées dans les systèmes basés sur la technologie photovoltaïque à concentration (CPV), qui permet d’obtenir dans les régions à fort ensoleillement un rendement deux fois plus élevé que celui des centrales photovoltaïques classiques. Ces cellules solaires, dites cellules III-V à multi-jonctions, sont nées d’une technologie pour des applications spatiales dont l’utilisation terrestre s’est imposée pour obtenir les meilleurs rendements de conversion de l’énergie solaire en électricité. Ces cellules solaires multi-jonctions sont composées de plusieurs jonctions empilées les unes sur les autres à base de différents matériaux semi-conducteurs III-V. Les différentes sous-cellules absorbent différentes gammes d’énergie du spectre solaire.
« Nous sommes incroyablement fiers de notre équipe qui travaille depuis maintenant trois ans sur cette cellule solaire à quatre jonctions », commente Frank Dimroth, chef de département et chef de projet en charge de ce travail de développement au Fraunhofer ISE . "Cette cellule solaire à quatre jonctions est le fruit de notre expertise acquise dans ce domaine depuis de nombreuses années. Outre l’amélioration des matériaux et l’optimisation de la structure, une nouvelle procédure de collage de plaques joue un rôle capital. Grâce à cette technologie, nous sommes en mesure d’empiler deux matériaux semi-conducteurs, qui ne pourraient autrement pas croître l’un sur l’autre avec une qualité cristalline élevée. De cette façon, nous pouvons produire la combinaison optimale de semi-conducteurs pour créer des cellules solaires de haute efficacité. »
« Ce record du monde, en augmentant notre niveau d’efficacité de plus de 1 point en moins de 4 mois démontre le fantastique potentiel de la cellule solaire à quatre jonctions que nous avons conçue en nous appuyant sur les techniques de collage et d’expertise de Soitec », explique André- Jacques Auberton -Hervé , Président de Soitec . « Cela confirme l’accélération de la feuille de route vers des rendements plus élevés, qui représente un facteur clé de la compétitivité de nos systèmes CPV. Nous sommes très fiers de ce résultat, qui témoigne d’une collaboration très réussie. »
« Cette nouvelle valeur record renforce la crédibilité des approches de collage de semi-conducteurs directs qui sont développées dans le cadre de notre collaboration avec Soitec et le Fraunhofer. Nous sommes également très fiers de ce nouveau résultat, qui confirme le fort potentiel des semi-conducteurs III-V dans les technologies solaires », a déclaré le Directeur du Leti, Laurent Malier.
Les modules solaires CPV sont produits par Soitec (leur production ayant débutée en 2005 avec Concentrix Solar, une entreprise essaimée du Fraunhofer ISE, et rachetée par la suite par Soitec). Cette technologie particulièrement efficace est employée dans les centrales solaires situées dans des régions à fort ensoleillement, bénéficiant d’un pourcentage élevé de rayonnement direct. Actuellement, Soitec possède des installations CPV dans 18 pays différents, dont l’Italie, la France, l’Afrique du Sud et également la Californie.
on n’attend plus qu’un rendement de 50%, robuste, industrialisé et commercialisé, de préférence pour un prix inférieur à 3 fois le prix des cellules actuelles d’environ 15% de rendement. Encore quelques années de patience, camarades !
Je salue l’exploit, mais il ne faut pas oublier que ce qui compte à la fin c’est le prix. Les occidentaux font de la recherche et battent des records, mais ce sont les chinois qui fabriquent en masse, avec une technologie inventée il y a des décennies. Avoir un rendement très élevé n’est utile que si le coût du mètre carré est élevé (spatial par exemple). Le vrai problème maintenant avec l’énergie solaire est le coût du stockage, qui est plus élevé que le coût de production depuis que celui-ci s’est effondré.
+1! C effectivement le stockage qui est en train de devenir le vrai facteur limitant à + de PV dans la prod. électrique d’origine solaire. Et pour l’instant, ni la filière batterie (surtout à très grde échelle) ni la filière H2 via électrolyse de l’eau apportent de réponse vraiment satisfaisante. Stockage H2 très (trop?) couteux et rendement global faible. Stockage batterie pour l’instant limité à qlq dizaines de MWh si l’on considère les VE comme des “outils” de stockage potentiels. Bref, la 3ème révolution industrielle a besoin d’encore 2 voire 3 décennies au moins avant de se concrétiser vraiment. Mais certains pays sont déjà en route (pendant que d’autres continuent à les observer en critiquant le + souvent …)
Vraiment bravo pour cette performance de convertir bientôt 50% de l’énergie solaire directement en énergie électrique. Notre bonne vieille technologie de lentilles de Fresnel pour compléter le tableau, et des systèmes de poursuite solaire pour finir le tout. Donc, si je suppose être dans le sud de la France avec disons un productible annuel sur du panneau classque à 15% de rendement produisant 1400 kWh/kWc, cette solution devrait produire 4.500 kWh/kWc + 30% avec tracker, soit 6000 kWh/kWc. A voir maintenant les coûts d’investissement et d’exploitation…
¤ Avec ce qui existe aujourd’hui, le coût de production du photovoltaïque devrait tourner autour de 12-13 c€/kWh (13-14 c€/kWh pour du 100% européen) en région PACA pour de l’intégré simplifié au bâti (ISB). Dans moins de dix ans et dans le sud, une solution avec 3 kWc de panneaux et 4 kWh de stockage aura une production moins chère que l’électricité traditionnelle. Cela permettra de stocker la production de la journée pour le soir, sans aucun recours au réseau aux heures de pointe du soir, y compris l’hiver. C’est valable avec des batteries lithium, pas avec le plomb à cause du rendement limité à 75% (charge/décharge) contre 98-99% pour le lithium. Qui sera prêt à en parler en 2023 ?
La production de PV innefficaces va donc s’arrêter. Il faut s’équiper avant qu’on n’en trouve plus. Et financer ces investissements par des taxes. On manque de taxes. On ne le dit pas assez.