Il est important d'augmenter le rendement de transformation de l'énergie des cellules solaires pour deux raisons. À long terme, c'est le moyen le plus efficace de réduire le coût de l'électricité. À court terme, c'est le meilleur moyen de favoriser l'utilisation du photovoltaïque dans des applications où l'espace est limité, par exemple sur les toits, les façades, les véhicules ou même les drones.
Cependant, toutes les cellules solaires sont fondamentalement limitées par les matériaux qui les composent, ce qui a une incidence sur les rendements qu'elles peuvent atteindre. Les technologies de cellules solaires les plus adoptées à ce jour sont fabriquées à partir de silicium. Malgré son succès, le silicium a une limite d'efficacité théorique d'environ 29 %. Les rendements actuels de cette technologie sont légèrement inférieurs à 27 %, ce qui laisse une très faible marge pour de futurs gains d'efficacité.
Dans la course à l'innovation pour dépasser cette limite, les scientifiques ont ajouté une (ou plusieurs) cellule(s) solaire(s) complémentaire(s) au silicium pour former des cellules solaires « tandem ». La lumière visible du soleil, de plus haute énergie, est absorbée par la cellule supérieure, tandis que la lumière infrarouge, de plus basse énergie, est absorbée par la cellule en silicium placée à l'arrière du module.
Des chercheurs du CSEM et du PV-lab de l'EPFL à Neuchâtel ont réussi à améliorer le rendement de deux types de tandems pérovskite-sur-silicium. Ils ont adapté les matériaux et les techniques de fabrication pour déposer des couches de pérovskite de haute qualité à partir d'une solution sur une surface de silicium planarisée, atteignant un rendement de conversion de puissance de 30,93% pour une cellule solaire de 1 cm2.
Ensuite, en travaillant sur une nouvelle version d'une technique hybride de traitement en phase vapeur/solution compatible avec les surfaces de silicium texturées, ils ont produit une cellule solaire avec un rendement de conversion de puissance de 31,25 % (toujours sur 1 cm2).
Double record du monde et nouvelles perspectives pour l'avenir du PV
Ces résultats constituent deux nouveaux records mondiaux : un pour l'architecture planaire et un pour l'architecture texturée du dispositif. Cette dernière approche fournit un courant plus élevé et est compatible avec la structure des cellules solaires industrielles actuelles en silicium. Les nouveaux records de l'EPFL et du CSEM ont été certifiés de manière indépendante par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux Etats-Unis.
« La barre des 30% d'efficacité avait déjà été atteinte avec d'autres types de matériaux, à savoir les semi-conducteurs III-V. Cependant, ces matériaux et les procédés utilisés pour les fabriquer sont trop coûteux pour soutenir la transition énergétique - ces dispositifs sont mille fois plus chers que les cellules solaires en silicium. Nos résultats sont les premiers à montrer que la barrière des 30% peut être surmontée en utilisant des matériaux et des procédés à bas coût, ce qui devrait ouvrir de nouvelles perspectives pour l'avenir du PV », a commenté Christophe Ballif, responsable du Laboratoire de photovoltaïque de l'EPFL et du Sustainable Energy Center du CSEM.
