L'Institut Fraunhofer des systèmes énergétiques solaires (ISE) est parvenu à convertir la lumière du soleil en électricité avec un rendement de 37,6%. Ce record européen a été atteint avec une cellule photovoltaïque (PV) à multi-jonctions de quelques millimètres de diamètre, constituée de semi-conducteurs III-V et soumise à un rayonnement solaire concentré 1.700 fois.
Pour le module PV dans son ensemble, un rendement de 28,5% a été atteint en conditions réelles sur le site de Fribourg, soit le meilleur rendement de l'ISE jusqu'à présent. D'après Andreas Bett, Directeur du département "Matériaux, cellules PV et technologie" à l'ISE, des rendements de 45% pour les cellules et de 35% pour les modules seraient envisageables dans les années à venir.
La cellule multi-jonctions apparaît comme une superposition de trois types de cellules PV (Phosphore de Gallium-Indium/Arséniure de Gallium-Indium/Germanium) qui convertissent différentes parties du spectre solaire, en vue d'une optimisation du rendement.
A l'origine du record : des progrès décisifs dans le domaine des matériaux qui ont permis un fonctionnement fiable des cellules, même soumises à une intensité lumineuse extrêmement élevée. "En particulier, la qualité des diodes à effet tunnel, de seulement 30 nm d'épaisseur, qui relient les trois cellules entre elles, joue un rôle déterminant", mentionne le Dr. Frank Dimroth, chef du groupe de travail "III-V - Epitaxie et cellules PV" à l'ISE.
Les cellules PV à multi-jonctions sont constituées d'environ 30 couches élémentaires d'alliages semiconducteurs III-V, qui doivent toutes présenter une haute qualité cristalline. Pour l'élaboration de ces structures complexes, les chercheurs de l'ISE ont recours à une grosse installation de l'entreprise Aixtron (à Aix-la-Chapelle) capable de réaliser une épitaxie métallo-organique en phase gazeuse. "Comme nous menons nos recherches sur des installations de production industrielles, nous sommes en mesure de transférer nos résultats sur le marché en quelques mois seulement, avec l'aide de notre partenaire AZUR SPACE", se réjouit M. Dimroth.
"A l'Institut ISE, nous travaillons intensément depuis plus de dix ans au développement de cellules multi-jonctions destinées à être intégrées dans des systèmes à concentration, car cette technologie promet de loin les plus hauts rendements pour la conversion de la lumière en énergie", poursuit-il. Et le Prof. Eicke Weber, Directeur de l'ISE, de renchérir : "Je considère cette technologie comme particulièrement prometteuse pour les pays à fort ensoleillement".
Jusqu'à présent, le photovoltaïque à concentration était quasiment réservé à des applications spatiales. Les développements en cours rendent aujourd'hui envisageable leur utilisation terrestre. Déjà aujourd'hui, des systèmes PV à concentration installés en Espagne produisent deux fois plus d'électricité par unité de surface que des systèmes PV conventionnels à base de silicium. Mais pour que cette technologie devienne compétitive, les coûts doivent encore baisser.
Les travaux de recherche ayant conduit au record européen ont été soutenus dans le cadre du projet européen "Fullspectrum". Quant aux travaux de recherche de l'ISE sur le photovoltaïque à concentration, ils sont soutenus par le Ministère fédéral de l'environnement (BMU) dans le cadre du projet "ProKonPv".
