Une cellule solaire à multi-jonctions convertissant 46% du rayonnement solaire en électricité a été développée par Soitec et le CEA-Leti en France, et l’Institut Fraunhofer pour les Systèmes Energétiques Solaires (ISE) en Allemagne.
C’est donc un nouveau record du monde qui vient d’être établi pour la conversion directe de la lumière du soleil en électricité.
Les cellules à multi-jonctions sont utilisées au cœur des systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) pour produire une électricité à un coût compétitif, dans de grandes centrales solaires installées dans les régions qui bénéficient d’un ensoleillement direct élevé. L’atteinte d’un nouveau record un an après celui précédemment annoncé par ces partenaires français et allemands en septembre 2013 confirme la forte compétitivité de la recherche et de l’industrie photovoltaïques européennes.
Les cellules solaires à multi-jonctions sont basées sur des matériaux semi-conducteurs composés III-V. La cellule détenant le record mondial est une cellule à quatre jonctions, dont chaque sous-cellule convertit précisément un quart des photons entrant dans une plage de longueur d’onde comprise entre 300 et 1750 nm du courant électrique. Dans le cas du photovoltaïque à concentration, une lentille de Fresnel concentre la lumière du soleil sur cette cellule de très petite taille. L’efficacité record de 46,0% a été mesurée à un facteur de concentration de 508 soleils. Elle a été validée par l’institut japonais AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), l’un des principaux centres indépendants de vérification des performances des cellules solaires, dans des conditions de test standard.
L’un des principaux défis à résoudre était d’atteindre une répartition exacte des photons dans les quatre sous-cellules. Cela était rendu possible grâce à un réglage précis de la composition et de l’épaisseur de chaque couche à l’intérieur de la structure cellulaire. « Il s’agit d’une étape majeure de notre collaboration franco-germanique. Nous sommes extrêmement satisfaits de voir que notre résultat d’une efficacité de 46% est à présent confirmé de manière indépendante par AIST au Japon » a expliqué le Dr. Frank Dimroth, chef de projet pour le développement de la cellule à l’Institut Fraunhofer pour les Systèmes Energétiques Solaires (ISE). « Le CPV est aujourd’hui la technologie solaire la plus efficace et la mieux adaptée pour tous les pays à fort taux d’ensoleillement direct ».
Jocelyne Wasselin, Vice-présidente chargée du développement produit des cellules solaires chez Soitec, a indiqué : « Nous sommes très fiers de ce nouveau record. Cela confirme que nous avons fait le bon choix technologique en décidant de développer cette cellule solaire à quatre jonctions, et cela démontre clairement notre capacité à atteindre, dans un avenir proche, la barre de 50 % d’efficacité ».
Elle conclut : « Pour produire cette nouvelle génération de cellules, nous avons déjà installé une ligne en France, qui met en œuvre nos technologies de liaison et de transfert de couches et emploie déjà plus de 25 ingénieurs et techniciens. Je suis convaincue que la coopération avec nos partenaires français et allemands permettra d’améliorer encore l’efficacité et la compétitivité de la technologie CPV. Nous remercions l’Ademe pour le soutien aux efforts de recherche dans le cadre des Investissements d’Avenir ».
Pourquoi l’article precise-t-il que le rendement a ete observe pour une concentration de 508 soleils. La concentration a-t-elle un impact sur le rendement?
C’est bien, mais quel est l’impact sur leurs panneaux CPV commercialises? Ces cellules de competition sont-elles competitives au niveau prix? Sont-elles assez stables pour etre utilisees commercialement? Quel est l’evolution du rendement global des panneaux CPV de Soitec ces dernieres annees? On reste sur sa faim.
Ces cellules (à cause de leur coût?) fonctionne généralement en concentration. Une concentration de 500 fois, même avec un rendement proche de 50%, ça fait quand même une puissance thermique de l’ordre de 2 kW par dm2 à évacuer, ce qui est énorme, et comme le rendement des cellules chute avec la température, on voit que le problème du refroidissement est crucial et qu’il a été résolu… Félicitations aux ingénieurs et chercheurs de Soitec!
BRAVO BRAVO BRAVO BRAVO BRAVO!
@samivel très bonne question, oui le rendement évolue avec la concentration et ils se placent à 500 soleils précisément car c’est là qu’ils ont le rendement maximal. On peut supposer qu’à un soleil , le rendement serait beaucoup plus bas !! tu peux par exemple voir la figure 7 de cet article pour une autre cellule :
Sur l’article, la courbe de rendement (fig 7) est calculée “à température constante” (en l’occurence 320K), et ne tient donc pas compte du problème thermique, pourtant mentionné juste avant. Donc dans le choix de la concentration interviennent surtout le coût (qui justifie à lui seul l’utilisation de la concentration car ces multijonctions sont très chères) et la capacité de refroidissement.
On bat des records en Europe, et il y a toujours des pisse-froids pour critiquer. mais qu’avez-vous donc produit ou inventé vous même pour vous permettre vos remarques? le rendement des cellules solaires continue d’augmenter et c’est une très bonne nouvelle. et le prix évolue aussi en général à la baisse que ce soit à concentration, en silicium monorcistallin, en couches minces ou autres procédés ! bravo aux chercheurs qui manifestement trouvent!
Simplement parce que Soitec développe du CPV et que donc ils testent leurs cellules dans des conditions d’irradiance proches de celles d’utilisation.
Je comprends bien que Soitec teste ses cellules dans ses conditions futures d’utilisation, et qu’ils s’interessent au probleme du refroidissement. A ce propos, plus le rendement de conversion est eleve, moins il y a production de chaleur, donc meilleure la cellule, moindre le probleme du refroidissement. Par ailleurs, je partage l’opinion de Groomsky: puisque le but ici est d’afficher un record mondial, il est logique qu’ils utilisent le niveau de concentration qui offre le meilleur rendement. Mais comment diable la concentration peut-elle augmenter le rendement?! (attention, on parle bien du rendement de la cellule, pas du panneau CPV) Ma question reste ouverte.
à Samivel cherchez un article sur le principe du CPV! ces cellules qui “travaillent” sur 4 zone du spectre coûtent plus cher que les cellules de base, une solution pour améliorer le rendement à été de concentrer la lumière sur la surfaxe de la cellule pour optimiser le rendement vous n’avez jamais enflammé un papier carbone avec une loupe dans votre jeunesse? alors que celui ci en plein soleil ne brulait pas tout seulc’est l’effet de la concentration problème il faut que les lentilles de fresnel souvent utilisées soient alignées avec la source, le soleil, et donc cela implique aussi des “trackers” qui font tourner le panneau en synchrone avec le soleil (en fait c’est la terre qui tourne hein ;o) le rendement compense (devrait!) alors le cout du système suiveur
En éolien nous avons la loi de Betz soit: 16/27 ou 59 % que peut récupérer en énergie la meilleure des éoliennes. Personne n’y arrive nous sommes à peine à 23 % dans le meilleur des cas, et très haut et pourtant il a du beau monde dans les R&D en éolien. Dans le cas précis du CPV, il semblerait qu’il n’y est pas de limite malgré notre chère physique !!. Faut m’expliquer sachant, que sa place est plus vers l’équateur que dans les pleines Allemandes, et que les sociétés ont tendances à manipuler les caractères gras.
Attention, le rendement affiché par Soitec, 46%, est le rendement hors concentration (sinon, avec 508 soleil il serait ridicule), mais avec une intensité lumineuse 508 fois plus importante que celle du soleil, ce qui est plutôt honnête de leur part car défavorable. Avec une illumination normale (“1 soleil”), le rendement serait probablement plus élevé car les jonctions seraient à plus basse température. Donc la concentration baisse un peu le rendement énergétique, mais augmente considérablement le “rendement financier”. Pour “septique”, le rendement théorique maxi d’une cellule PV unijonction est effectivement de l’ordre de 35%, mais cette limite saute si on empile les jonctions, dans la limite de 95% car in fine on a une machine thermique qui convertit la chaleur du soleil (5800K) en énergie électrique, et Carnot veille…
Votre raisonnement semble logique, mais dans ce cas pourquoi Soitec ne communiquent-ils pas premierement sur le rendement “1 soleil”, s’il est meilleur? Cela serait toujours un record du monde, et plus eleve encore. Le mystere reste entier…
Record pour le panneau CPV entier: 36.7% (egalement Soitec)
Il me semble que la limite de 35% pour du PV unijonction est lié au composé utilisé (Silicium généralement). La limite theorique est je pense de 100% car la lumière est un rayonnement et non une chaleur.
Bonsoir Gaga, La source énergétique est une onde EM. La conversion ne fait pas intervenir de machine de Carnot mais des mécanisme quantiques au sein des matériaux.