Énergie : Rendement en hausse des nouveaux panneaux solaires

Le panneau solaire moyen utilisé aujourd’hui dans les applications commerciales est capable de convertir en électricité 17 à 19 % de l’énergie lumineuse qui le frappe. Ce chiffre n’était que de 12 % il y a dix ans, ce qui représente une augmentation considérable. Mais, avec les avancées technologiques, le rendement des nouveaux panneaux solaires est en hausse, et on en vient à se demander si ce chiffre peut franchir le cap des 30 %.

Un point sur la situation

Si les cellules solaires pouvaient être rendues plus efficaces, nous serions en mesure de produire une part nettement plus importante de l’électricité mondiale à partir du soleil que le taux actuel de 2,4 %. Le solaire est déjà la technologie énergétique dont le taux de croissance est le plus rapide au monde.

Ainsi, en 2000, la capacité solaire installée dans le monde entier n’était que de 20 gigawatts. Un gigawatt équivaut à peu près à la production d’une seule grande centrale électrique. À la fin de l’année dernière, la quantité d’électricité solaire installée dans le monde était passée à environ 600 gigawatts.

Le cas de la Grande-Bretagne

L’énergie solaire est l’un des rares secteurs de l’économie britannique à avoir connu un mois positif en avril. Le Met Office rapporte que ce mois d’avril a probablement été le plus ensoleillé jamais enregistré, et l’industrie de l’énergie solaire a annoncé sa plus grande production d’électricité (9,68 GW) au Royaume-Uni à 12h30 le lundi 20 avril. Ces deux statistiques concernent le mois d’avril.

Brian McCallion, qui vit en Irlande du Nord et a fait installer 16 panneaux solaires sur son toit, est l’une des personnes qui ont bénéficié du temps magnifique de ces derniers temps. M. McCallion, qui réside à Strabane, ville située assez près de la frontière, ajoute : « Nous les avons depuis presque cinq ans et nous économisons environ 1 000 dollars par an. »

Il pense que si elles étaient plus efficaces, nous pourrions économiser davantage d’argent et éventuellement acheter des batteries pour les stocker. Il est possible que l’efficacité arrive bientôt. Selon les projections d’IHS Markit, un cabinet d’études situé à Londres, nous allons probablement ajouter 105 gigawatts d’énergie solaire dans le monde cette année. C’est le cas même si Covid-19 a provoqué quelques interruptions.

Rendement des panneaux solaires : un défi mondial

Une course est en cours dans le monde entier, de San Francisco à Shenzhen, pour créer une cellule solaire plus efficace. La grande majorité des cellules solaires sont construites à l’aide de tranches très fines de cristaux de silicium, dont environ 70 % sont fabriqués en Chine et à Taïwan.

Une cellule solaire en pérovskite semi-transparente a été combinée à une cellule solaire en silicium cristallin dans une configuration tandem à quatre bornes afin d’obtenir un rendement de conversion de puissance de 30,1 %. Ce résultat a été obtenu par le TNO, l’Université de technologie de Delft, l’Université de technologie d’Eindhoven et l’institut de recherche belge Imec.

D’un taux d’efficacité de seulement 28,7 % en mars 2020, le consortium a atteint une efficacité record pour le dispositif de 29,2 % en novembre 2021. Dans une interview accordée au magazine PV, Gianluca Coletti, responsable du programme TNO pour la technologie PV tandem, évoque cette technologie en ces termes :

« Le développement de la cellule se poursuivra jusqu’à ce que la limite pratique des dispositifs à deux jonctions soit atteinte ; néanmoins, il est essentiel de livrer la technologie sur le marché afin de profiter d’une courbe d’apprentissage plus courte pour les dispositifs qui sont effectivement produits en série« .

Les instituts de recherche, qui sont tous membres du consortium Solliance, ont pu améliorer le rendement global du panneau solaire, et plus spécifiquement de la cellule, en améliorant le rendement de la cellule en pérovskite. La cellule pérovskite en question est un dispositif pérovskite hautement transparent dans le proche infrarouge qui a été construit par TNO en collaboration avec TU Eindhoven et imec.

« Ce résultat a été obtenu en mettant d’abord en œuvre des contacts hautement transparents, puis en travaillant à l’amélioration, une à une, de la couche d’absorption et de chacune des couches de transport« , a expliqué M. Coletti. « Ce résultat a été obtenu en mettant d’abord en œuvre des contacts hautement transparents et en travaillant ensuite à l’amélioration d’une couche à la fois. »

Le taux d’efficacité de la cellule pérovskite de 3 mm x 3 mm utilisée pour la cellule tandem est passé de 17,8 % à 19,7 %, comme l’ont indiqué les chercheurs. Ce résultat a été validé par le Centre commun de recherche (CCR) de la Commission européenne à Ispra, en Italie. Selon Mehrdad Najafi, chercheur au TNO, cette variété particulière de cellules solaires possède un contact arrière extrêmement transparent.

En conséquence, plus de 93 % de la lumière proche infrarouge est capable d’atteindre le dispositif inférieur. « Ces performances ont été obtenues en optimisant toutes les couches des cellules solaires semi-transparentes en pérovskite à l’aide de modèles optiques et électriques avancés qui ont servi de guide pour les travaux pratiques réalisés en laboratoire« , a déclaré l’auteur de l’étude.

Le dispositif pérovskite a été placé par les chercheurs sur une cellule à hétérojonction de silicium (SHJ) qui avait été produite par TU Delft.

Ces modules avaient une surface totale de 100 cm2. Comparés au même dispositif avec une architecture mono faciale, les panneaux ont démontré un gain de 3 mW/cm2 en termes de densité de puissance. Les conclusions des experts indiquent que le module peut dépasser de plus de 25 % le rendement de panneau solaire monofacial dans un environnement présentant un albédo de 10 % en extérieur.

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F.A.Q.