Un nouveau type de cellule tandem pour accroître le rendement des panneaux solaires

Posté le 20 août 2019
par Arnaud Moign dans Innovations sectorielles

Des chercheurs ont développé une cellule solaire sous forme de film de kesterite, à base de cuivre, zinc, germanium et sélénium. Pour dépasser la limite théorique du rendement énergétique des panneaux solaires, ils proposent d’appliquer ce film en surface de la couche de silicium.

Ces résultats sont issus des conclusions du projet européen SWInG, coordonné par l’Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC), un institut de recherche interuniversitaire flamand en microélectronique et nanotechnologies.

Une superposition de cellules solaires en tandem

Les matériaux constituant les cellules solaires permettent de convertir en énergie une partie du domaine spectral du rayonnement solaire, mais aucun n’est efficace sur l’ensemble du spectre. Par conséquent, pour accroître l’efficacité des cellules solaires, il est possible de superposer deux types de cellules, fonctionnant en complémentarité, car optimisées pour des domaines différents. Bien que l’efficacité des cellules solaires en tandem ait déjà été prouvée, les matériaux actuellement disponibles sur le marché présentent tous un inconvénient. D’après le professeur Bart Vermang de l’IMEC, ils sont soit trop chers, soit instables, trop rares ou pas assez performants.

Une alternative aux pérovskites

Les pérovskites sont souvent considérées comme des matériaux d’avenir dans le domaine du photovoltaïque. Néanmoins, ils ont des inconvénients majeurs comme leur mauvaise résistance à l’eau ou au rayonnement UV. Pire encore, ils sont potentiellement toxiques, car la plupart des formulations contiennent du plomb. Pour contourner ce problème, les chercheurs de l’IMEC se sont donc intéressés à une alternative aux pérovskites : les matériaux de type kësterite. Ils ont ainsi réussi à développer des absorbeurs à base de Cu2ZnGe(S,Se)4 ou Cu2ZnGeSe4, plus stables que les pérovskites, non toxiques et surtout très performants.

Un rendement stupéfiant et des avantages nombreux

Les résultats, publiés dans la revue Sustainable Energy & Fuels, sont plutôt prometteurs. Le professeur Vermang annonce un rendement énergétique record à l’échelle mondiale de 8,4 % pour ce type de cellules. Cela signifie que si le matériau était utilisé en tandem, le rendement des panneaux solaires en silicium pourrait dépasser la limite théorique de 30 %. Néanmoins, ces nouveaux absorbeurs en kësterite peuvent encore être optimisés. Ainsi, de nouvelles études sur l’amélioration des performances de cellules solaires sont d’ores et déjà prévues.

Prochaine étape : les vitrages tandem

Par ailleurs, les chercheurs ne comptent pas s’arrêter là. En effet, un nouveau projet européen appelé Tech4Win a été lancé, dont le but est, selon le professeur Vermang “de mettre au point des panneaux solaires transparents dans les années à venir”. Ces vitrages “high tech” seront constitués d’une combinaison de plusieurs revêtements. Une première couche inorganique sera déposée sur la vitre et fera office de filtre UV. Cette première couche sera ensuite recouverte d’un film solaire sélectif UV. Enfin, un film solaire sélectif infrarouge organique sera déposé dans l’espace intérieur du vitrage.

Les participants du projet Tech4Win espèrent ainsi que ces vitrages pourront permettre de générer une énergie renouvelable, tout en ayant un niveau de transparence supérieur à 60 % et une durée de vie supérieure à 10 ans pour des coûts de fabrication inférieurs à 200 € le mètre carré.

Source : D’après l’article de Pieter Van Nuffel, publié le 08/07/19 dans DataNews

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