L’EPFL s’approche de la limite théorique avec une cellule solaire d’un rendement de 30,9%

Un panneau photovoltaïque ne peut convertir en électricité l’intégralité de l’énergie lumineuse à laquelle il est exposé. D’après Engie, la limite théorique du rendement des panneaux solaires est de 31 % et l’efficacité des dispositifs les plus performants du marché, à savoir ceux monocristallins, ne dépasse généralement pas 24 %. Dans l’optique de transformer une plus grande quantité d’énergie lumineuse en électricité, un groupe de scientifiques dirigé par l’École polytechnique fédérale de Lausanne a mis au point des cellules dites « tandem ». Contrairement aux cellules des panneaux photovoltaïques classiques, ces dernières sont constituées de deux couches et ont un rendement nettement plus élevé.

Une cellule solaire tandem pour améliorer le rendement

Les panneaux photovoltaïques actuels sont capables de transformer une partie relativement importante du spectre lumineux, notamment la lumière rouge et infrarouge du soleil. Toutefois, ils ne sont pas en mesure de convertir les photons à haute énergie, ce qui limite leur efficacité. Pour augmenter leur rendement, les scientifiques dirigés par l’École polytechnique fédérale de Lausanne ont développé des cellules photovoltaïques à deux couches, pouvant convertir une plus grande quantité d’énergie lumineuse. Conçue à partir de pérovskite, la couche supérieure bénéficie d’une large bande interdite (NDLR : indique les longueurs d’onde de la lumière que le matériau peut absorber et convertir en énergie électrique) et peut donc absorber efficacement les photons à haute énergie du spectre lumineux. La seconde, quant à elle, est en silicium et est conçue pour convertir la lumière rouge et infrarouge, grâce à sa faible bande interdite. Pour information, la couche supérieure en pérovskite des cellules est traitée à l’acide 2,3,4,5,6-pentafluorobenzylphosphonique (pFBPA). Ce composant permet, entre autres, de résoudre les problèmes liés au plomb et d’améliorer l’efficacité des cellules, ainsi que le facteur de remplissage.

Un rendement de plus de 30 %

À la suite de tests réalisés dans des conditions d’éclairage standard, les scientifiques ont évalué le rendement de conversion de la cellule photovoltaïque tandem à 30,9 %. Les résultats ont été certifiés par une entité, dont le nom n’a pas été divulgué. Selon eux, l’acide 2,3,4,5,6-pentafluorobenzylphosphonique a permis d’optimiser grandement la capacité de conversion de la cellule photovoltaïque, surtout s’il est utilisé avec un substrat recouvert de SiO2-NP. Ce dernier réduit la formation de trous d’épingle, mais également la résistance shunt. À noter que la couche supérieure de la cellule photovoltaïque est constituée d’un substrat comprenant de l’oxyde d’étain et d’indium, de nanoparticules de dioxyde de silicium, de la pérovskite, du buckminsterfullerène (aussi connu sous l’appellation footballène), de l’acide phosphonique, de l’argent, ainsi de l’oxyde de zinc et d’indium.

Une couche supérieure laissant passer l’énergie lumineuse

Dans la conception de leur cellule tandem, l’équipe de scientifiques a dû faire face à un certain nombre de défis, parmi lesquels nous pouvons citer l’optimisation de l’efficacité de la seconde couche. En effet, pour convertir aussi bien les photons à haute énergie que la lumière rouge et infrarouge, la couche en pérovskite doit être suffisamment perméable. Pour ce faire, les chercheurs ont remplacé le revêtement en or classique au niveau des électrodes par des matériaux à base d’oxydes métalliques, qui sont conducteurs et laissent approximativement passer 80 % de l’énergie lumineuse.

Par ailleurs, ils ont ajusté la bande interdite de la couche inférieure pour améliorer sa capacité à convertir l’énergie lumineuse captée en électricité. L’objectif des scientifiques dans la réalisation de leurs travaux a été de développer une cellule photovoltaïque bénéficiant d’un rendement élevé, tout en conservant les étapes de production industrielle déjà en place, afin de réduire les coûts. Plus d’informations sur cette étude ici. Les scientifiques parviendront-ils à dépasser la limite théorique de 31 % un jour ? Je vous invite à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .