L'Institut Fraunhofer des systèmes énergétiques solaires (ISE) vient d'établir un nouveau record européen de conversion de la lumière du soleil en électricité, en atteignant un rendement de 39,7% avec une cellule photovoltaïque à multi-jonctions (de type III-V).
A la différence du précédent record (37,6%), atteint en juillet 2008 avec un rayonnement solaire concentré 1.700 fois (lire article correspondant dans le BE Allemagne 393 [1]), la nouvelle cellule photovoltaïque est en mesure de convertir en électricité 39,7% d'une lumière concentrée seulement 300 fois. Or l'intégration de ce type de cellules dans des centrales PV à concentration en vue d'une application industrielle suppose justement que les performances optimales soient atteintes dans une gamme de concentration lumineuse située entre 300 et 600 soleils. "Nous avons optimisé les contacts de nos cellules, si bien que nous atteignons un rendement plus élevé avec les mêmes structures conductrices", explique Dr. Frank Dimroth, chef du groupe de travail "III-V - Epitaxie et cellules PV" à l'ISE.
La principale nouveauté apportée à la cellule concerne la métallisation de sa face avant. Un réseau de petits fils métalliques conduit les électrons photogénérés du centre de la cellule jusqu'aux bords, qui se présentent comme une bande dorée de 50 micro-m d'épaisseur. La structure de ce réseau métallique revêt une importance décisive dans des conditions de lumière concentrée. En effet, les "veines" conductrices doivent être à la fois assez grandes pour limiter les pertes résistives lors du transport de flux élevés d'électrons, et assez petites pour maximiser la surface de la zone éclairée de la cellule (minimiser la zone d'ombrage).
"Nous sommes très heureux d'avoir réalisé une avancée importante en si peu de temps", a déclaré le Dr. Andreas Bett, Directeur du département "Matériaux, cellules PV et technologie" à l'ISE. "Les rendements de conversion élevés contribuent à rendre compétitive la jeune technologie du photovoltaïque à concentration et à réduire à l'avenir les coûts de l'électricité solaire".
Les nouvelles cellules solaires sont notamment destinées à être montées au sein de modules du type FLATCON, à l'ISE et dans la spin-off Concentrix Solar GmbH. Les travaux de recherche destinés à optimiser les contacts métalliques et ayant conduit aux records européens ont été soutenus dans le cadre du projet européen "Fullspectrum".
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.
L'ISE mène depuis plus de 10 ans des recherches sur les cellules à jonctions multiples à hauts rendements. Un des points forts de la recherche : les cellules triples métamorphiques à base de Ga0.35In0.65P, Ga0.83In0.17As et Ge, qui présentent des rendements théoriques particulièrement élevés. Ces structures sont constituées de plus de 30 couches élémentaires déposées par épitaxie métallo-organique en phase gazeuse (MOVPE) sur un substrat en germanium.
