Photovoltaïque: 1,34 % de rendement en plus

Les photons solaires les plus énergétiques ne sont pas utilisables dans une cellule en silicium et pire, dégradent son rendement en l'échauffant. Une collaboration impliquant l'Iramis (Cimap) propose de les convertir en photons efficaces grâce au dépôt d'une couche mince de nitrure dopé, compatible avec une production industrielle. Résultat: 1,34 % de rendement en plus !

Les cellules au silicium commercialisées aujourd'hui présentent un rendement de conversion de l'ordre de 20 %. Cette valeur s'élève à 26 % pour des prototypes en laboratoire, sans atteindre le plafond théorique de 31 %. Or il est possible d'améliorer ces rendements en convertissant des photons d'énergie trop élevée (down-conversion) ou trop basse (up-conversion) en photons utiles..

Des chercheurs du Cimap montrent que des couches minces de nitrure de silicium (SiNx) dopées aux ions terbium et ytterbium permettent d'opérer cette conversion: elles absorbent les photons trop énergétiques puis réémettent des photons d'énergie plus basse que la cellule photovoltaïque peut cette fois absorber.

Cette approche a été validée sur des cellules produites industriellement par une entreprise taïwanaise. Deux procédés de dépôt ont été testés. Une technique de pulvérisation cathodique, compatible avec le procédé de fabrication des cellules, conduit à des multicouches SiNx:Yb3+/ SiNx:Tb3+, avec un gain de 1 % supplémentaire de rendement. Le second procédé, utilisant une technique peu onéreuse de sérigraphie, permet d'obtenir une couche homogène dopée aux deux ions SiNx:Yb3+-Tb3+, avec 1,34 % de rendement en plus .

Références:
- First down converter multilayers integration in an industrial Si solar cell process, Progress in Photovoltaics Research and Applications
- Monolithic crystalline silicon solar cells with SiNx layers doped with Tb3+ and Yb3+ rare-earth ions, Journal of Rare Earths

Contact chrcheur:
- Julien Cardin, CIMAP - UMR 6252/, équipe NIMPH.