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Des scientifiques japonais construisent une cellule solaire à hétérojonction à rendement de 23,27 % avec un wafer de 56,2μm d’épaisseur

La cellule de 4 cm2 a affiché une tension en circuit ouvert remarquable de 754 mV. Elle a été fabriquée à partir d’une couche de silicium nanocristallin hydrogéné (nc-Si:H), qui présenterait une absorption parasite moindre et un rendement quantique externe plus élevé.

Un groupe de scientifiques de l’Institut national japonais des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) a mis au point une cellule solaire à hétérojonction ultrafine destinée à une application dans des modules solaires légers et flexibles.

« La fabrication de dispositifs plus fins permet de réduire le coût des matériaux », a déclaré l’auteur principal de la recherche, Hitoshi Sai, à pv magazine. « Plusieurs problèmes restent à résoudre avant de lancer la production commerciale de cellules basées sur un substrat de silicium cristallin (c-Si) très fines, mais nos résultats sont encourageants en ce qui concerne [la progression vers] des plaquettes plus fines, d’une taille de 120μm, par rapport à la norme industrielle actuelle de 160μm. »

La cellule solaire présente une surface de 4 cm2 et a été fabriquée à partir d’une plaquette de silicium monocristallin de type n produite par Czochralski (CZ). Elle présente une surface de 4 cm2 et une épaisseur de 56,2μm seulement. Les scientifiques ont décidé de remplacer la couche de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) généralement utilisée dans ce type de cellule par une couche de silicium nanocristallin hydrogéné (nc-Si:H), qui présenterait une meilleure passivation de surface, une absorption parasite moindre et un rendement quantique externe plus élevé. La couche a été obtenue par dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD).

Un revêtement anti-reflet à base d’oxyde de silicium (SiOx) a également été appliqué sur la surface de la cellule afin de réduire la perte de réflexion primaire. Le dispositif a été testé dans des conditions d’éclairage standard et a montré une efficacité de conversion de puissance de 23,27 %. Il présentait également une tension en circuit ouvert de 754 mV, un courant de court-circuit de 37,85 mA/cm2 et un facteur de remplissage de 81,5 %.

« À notre connaissance et même si la taille de notre cellule [en hétérojonction de silicium] est petite, une tension en circuit ouvert de 754 mV est la valeur la plus élevée jamais confirmée par un organisme indépendant dans des conditions d’essai standard parmi toutes les cellules solaires c-Si rapportées jusqu’à présent », ont déclaré les chercheurs, notant que le rendement de 23,27 % est également la valeur la plus élevée pour les cellules solaires c-Si d’une épaisseur inférieure à 60μm.

Selon le groupe japonais, la tension en circuit ouvert élevée du dispositif est bénéfique pour son rendement énergétique, car elle permet d’atténuer la dégradation des performances à des températures élevées, ce qui rend la cellule particulièrement adaptée aux régions à climat chaud et ensoleillé. « Il est inutile de préciser que la production en masse de cellules et de modules c-Si très minces avec un rendement suffisant et un débit élevé reste un défi », ont-ils également reconnu.

Les scientifiques ont conclu que leur nouvelle cellule démontre que l’architecture à hétérojonction peut aussi être utilisée avec des cellules solaires ultrafines, et que cette configuration offre l’avantage d’une passivation de surface élevée ainsi qu’un processus de fabrication pouvant être réalisé à basse température.

Le dispositif a été décrit dans l’étude Very Thin (56 μm) Silicon Heterojunction Solar Cells with a Efficiency of 23,3% and a Open-Circuit Voltage of 754 mV , récemment publiée dans RRL Solar .

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