Nouveau record des scientifiques en matière de rendement de cellules solaires
Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (ISE), basé en Allemagne, ont annoncé qu'ils étaient parvenus à améliorer l'efficacité des cellules solaires, conçues pour convertir la lumière en électricité. Le phénomène électronique quantique appelé effet photovoltaïque (PV) est à l'origine de cette conversion. L'équipe explique que l'efficacité des cellules solaires multi-jonctions semi-conductrices utilisées dans la technologie PV pour les centrales solaires, est passée de 2,1% à 39,7%, ce qui constitue un nouveau record à l'échelle européenne. Les travaux ont été financés à hauteur de 8,34 millions d'euros au titre du projet FULLSPECTRUM du sixième programme-cadre (6e PC), dans le cadre du domaine thématique «Développement durable, changement mondial et écosystèmes». Le directeur du projet, le Dr Frank Dimroth, a expliqué que l'équipe était parvenue à améliorer les structures de contact des cellules solaires. «Par conséquent, en utilisant les mêmes structures semi-conductrices, nous avons réussi à augmenter l'efficacité lorsque la lumière est convertie en électricité», explique-t-il. Lorsque la lumière se reflète sur la cellule, une partie de celle-ci est absorbée par le matériel semi-conducteur. L'énergie de la lumière absorbée est principalement transférée au semi-conducteur. D'après l'équipe de recherche, l'efficacité optimale des cellules solaires multi-jonctions doit être atteinte entre 300 et 600 soleils afin de les utiliser dans les systèmes de concentrateur PV. En d'autres termes, le facteur de concentration de lumière doit être de 300-600. La métallisation de la partie antérieure des cellules solaires permet d'obtenir des facteurs de concentration différents. «Dans la grille antérieure, le courant passe au moyen d'un réseau de fils très fins depuis le coeur de la cellule solaire jusqu'à son bord, où il est capté par un fil d'or de 50 micromètres», explique l'équipe de recherche. La structure de ce réseau métallique est importante, expliquent-ils, particulièrement lorsque la structure est exposée à des rayons solaires concentrés. Les fils métalliques doivent pouvoir transporter les courants produits sous les rayons concentrés; en effet, une faible résistance est nécessaire pour que l'ensemble fonctionne. En revanche, les fils doivent être très fins car les rayons solaires ne passent pas au travers du métal. Ainsi, la partie de la cellule recouverte de métal ne constitue pas une option lorsqu'on décide des éléments à utiliser dans la conversion en électricité. Les chercheurs de l'ISE Fraunhofer ont débuté leurs travaux sur le calcul théorétique des structures de contact optimales en 2006. L'équipe avait réussi à optimiser l'efficacité des cellules solaires à un taux de 37,6% en juillet de cette année. Les découvertes de l'équipe de l'Institut Fraunhofer ISE représentent un énorme pas en avant dans le développement d'applications à bon rapport coût/efficacité pour ce type de cellules employées dans des applications terrestres. «Nous sommes ravis d'avoir autant progressé en si peu de temps», fait remarquer le Dr Andreas Bett, chef de département à l'Institut Fraunhofer ISE. «Les taux d'efficacité de conversion élevés contribuent à rendre cette technologie naissante compétitive sur le marché, ainsi qu'à réduire les coûts de production d'électricité à partir de l'énergie solaire pour l'avenir.» L'équipe de recherche a expliqué qu'elle travaillait sur les cellules solaires multi-jonctions à haut rendement de conversion depuis une dizaine d'années. Toutefois, les coûts élevés des matériaux de production avaient limité l'utilisation des systèmes PV aux applications spatiales. FULLSPECTRUM est un projet intégré auquel participent 19 centres de recherches et centres industriels européens, dont l'objectif consiste à développer la future génération de convertisseurs photovoltaïques d'énergie solaire en électricité à haut rendement. Coordonné par l'institut de l'énergie solaire de l'université technique de Madrid, FULLSPECTRUM a été mis en oeuvre pour une durée de cinq ans et s'est achevé le 31 octobre 2008. Parmi les objectifs à court terme figurait le développement de cellules solaires multi-jonctions permettant un haut rendement de conversion; en ce qui concerne les objectifs à long terme, citons l'évaluation de la bande intermédiaire (IB) des cellules solaires en tant que concept révolutionnaire à haut rendement. Selon les chercheurs, la technologie des cellules IB se base sur la présence d'électrons à trois niveaux d'énergie ainsi que sur l'interaction d'un électron avec deux photons, par opposition aux cellules à deux niveaux fonctionnant avec un photon. Bien qu'aucune cellule à haut rendement basée sur ce concept n'ait encore été créée, les expériences ont porté leurs fruits et la communauté scientifique internationale est prête à réaliser davantage de travaux sur ce concept, comme l'ont expliqué les partenaires du projet. Une composante essentielle de FULLSPECTRUM résidait dans la nature coopérative de la recherche, qui a permis la réalisation de travaux et la mise en oeuvre de programmes de recherche dans divers pays, notamment au Japon et aux États-Unis. L'Europe se trouve en tête de liste en matière de recherche coopérative, ce qui s'explique par le besoin d'intégrer les scientifiques européens. FULLSPECTRUM a été sélectionné pour figurer dans la liste des 40 succès scientifiques du sixième programme-cadre (6e PC).
Pays
Allemagne