L’innovation technologique dans le domaine des énergies renouvelables repose souvent sur la capacité à optimiser les performances tout en minimisant l’impact environnemental. Une question se pose alors : comment maximiser l’efficacité énergétique des dispositifs solaires sans compromettre leur durabilité ? Une réponse semble émerger grâce à une collaboration scientifique entre deux institutions allemandes, qui a permis de développer une cellule solaire tandem inédite
Les cellules solaires tandem, issues de l’association de deux matériaux semi-conducteurs distincts, représentent une solution pour augmenter la quantité d’énergie captée par unité de surface. Dans cette configuration, un matériau absorbe principalement les photons de haute énergie, tandis que l’autre se concentre sur les photons de basse énergie. L’efficacité globale est ainsi accrue par rapport aux dispositifs mono-jonction traditionnels.
Leur conception récente associe une couche inférieure composée de CIGS (alliage de cuivre, indium, gallium et sélénium) à une couche supérieure constituée de pérovskite. Cette combinaison spécifique a été développée par des équipes du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) et de l’Université Humboldt de Berlin. Leurs efforts ont conduit à une efficacité certifiée de 24,6 %, confirmée par l’Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires (ISE).
Un processus collaboratif rigoureux
Cette réalisation s’appuie sur une synergie d’expertises techniques et scientifiques. La couche supérieure, constituée de pérovskite, fut fabriquée par Thede Mehlhop, étudiant en master à l’Université technique de Berlin, sous la supervision de Stefan Gall. Quant à la couche inférieure en CIGS, elle fut élaborée par Guillermo Farias Basulto, chercheur au HZB. Ce dernier utilisa également le système KOALA, une infrastructure hautement performante permettant la déposition sous vide des couches de pérovskite et des contacts intermédiaires.
Les contacts intermédiaires jouèrent un rôle essentiel dans l’amélioration des performances globales. En effet, ces interfaces furent optimisées pour minimiser les pertes énergétiques et maximiser le transfert de charges entre les deux couches. Ce travail méticuleux permit d’atteindre une efficacité jamais égalée auparavant pour ce type de dispositif.
Le Prof. Rutger Schlatmann, porte-parole du département Énergie solaire à HZB soulignent non seulement l’importance des infrastructures, mais aussi celle de la collaboration interdisciplinaire : « À HZB, nous disposons de laboratoires hautement spécialisés et d»experts qui excellent dans leurs domaines respectifs. Avec cette cellule tandem record, ils ont encore prouvé leur capacité à travailler ensemble de manière fructueuse ».
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Des précédents avaient déjà été établis par les équipes de HZB. Plusieurs records mondiaux furent atteints pour des cellules tandem combinant silicium et pérovskite, ainsi que pour des dispositifs intégrant CIGS et pérovskite. Toutefois, l’efficacité actuelle marque une étape supplémentaire dans leur quête d’excellence technologique.
Potentiel futur et ambitions
Malgré cet accomplissement, les chercheurs restent convaincus que des progrès supplémentaires sont envisageables. Les déclarations du Prof. Rutger Schlatmann traduisent une vision ambitieuse, soutenue par des avancées méthodologiques et matérielles continues : « Nous sommes confiants que des cellules tandem CIGS-pérovskite peuvent atteindre des efficacités bien plus élevées, probablement dépassant les 30 % ».
Outre leur rendement exceptionnel, les dispositifs solaires à base de CIGS présentent l’avantage d’être applicables sur des substrats flexibles. Cette propriété ouvre des possibilités variées pour leur intégration dans des applications pratiques, notamment dans les secteurs nécessitant des solutions légères et adaptables.
Légende illustration : La cellule tandem se compose d’une combinaison de CIGS et de pérovskite et atteint une efficacité record certifiée de 24,6 %. Crédit :G. Farias Basulto / HZB
Source : Helmholtz-Zentrum
