Haute efficacité sur une grande surface


Modules solaires pérovskite: haute efficacité sur une grande surface

Une combinaison innovante de processus permet aux cellules d’être connectées à des modules sans pertes. (Photo: Amadeus Bramsiepe, KIT) Crédits photo: Amadeus Bramsiepe, KIT

De la cellule au module sans perte d’: c’est l’un des plus grands défis du photovoltaïque pérovskite. Les chercheurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont maintenant réussi à produire des modules solaires en pérovskite avec une perte minimale de mise à l’échelle. À cette fin, ils ont combiné des connexions en série laser avec le traitement sous vide de toutes les couches de la cellule solaire. Sur une superficie de quatre centimètres carrés, ils ont atteint une efficacité de 18% – un record mondial pour les modules solaires en pérovskite traités sous vide.

Dans le photovoltaïque, les semi-conducteurs pérovskite sont des matériaux particulièrement prometteurs en raison de leur faible disponibilité, de leur simplicité de fabrication et de leur énorme potentiel d’efficacité. Les cellules solaires pérovskite se sont développées de manière unique au cours de la dernière décennie. Les échantillons produits en laboratoire atteignent déjà une efficacité de plus de 25%. L’efficacité est un indicateur de la quantité d’énergie lumineuse irradiée qui est convertie en énergie électrique. La tâche est maintenant de passer à l’étape suivante et de faire passer le photovoltaïque pérovskite du laboratoire à l’industrie.

«L’un des principaux défis est de transférer les gains d’efficacité obtenus sur des surfaces de quelques millimètres carrés à des surfaces de modules solaires typiques de plusieurs centaines de centimètres carrés», explique le Dr. Tobias Abzieher, responsable du développement des cellules solaires à pérovskite déposées sous vide au Light Technology Institute (LTI) de KIT. Les cellules solaires en pérovskite sont des cellules solaires à couches minces qui sont combinées pour former des modules solaires de grande surface en utilisant une connexion série monolithique. A cet effet, des lignes structurantes sont introduites dans la cellule solaire lors du dépôt de chaque couche individuelle, lesquelles lignes relient les bandes de cellules solaires résultantes les unes aux autres en série.

Dépôt en phase vapeur sous vide des couches de cellules solaires

Les modules solaires en pérovskite ont jusqu’à présent subi des pertes d’efficacité importantes en raison de la montée en gamme. D’une part, les difficultés de dépôt des couches individuelles de cellules solaires avec leur surface augmentent; D’autre part, la connexion en série crée des zones dites mortes entre les bandes de cellules solaires actives. Ces zones ne peuvent pas être utilisées pour la ultérieure d’électricité, mais sont indispensables pour la connexion en série. L’équipe KIT a maintenant réussi à minimiser les effets de ces deux mécanismes de perte grâce à un processus de dépôt en phase vapeur pour toutes les couches des modules solaires sous vide. « Les principaux avantages du dépôt sous vide en ce qui concerne la production de modules solaires efficaces sont la bonne contrôlabilité des processus, le nombre limité de paramètres de processus et, en particulier, le fait que le mécanisme de dépôt est indépendant de la surface à être enduit », explique Abzieher. Les chercheurs ont combiné ce procédé innovant avec une structuration de et une connexion en série par gravure de lignes avec un laser (connexion en série monolithique). C’était la première fois qu’un module solaire pérovskite de grande surface pouvait être produit avec presque aucune perte de mise à l’échelle – une étape importante dans le transfert de cette technologie du laboratoire à l’industrie.

Grâce à la combinaison du traitement sous vide et de l’ablation laser, les chercheurs du LTI ont atteint des rendements allant jusqu’à 16,6% sur une surface de composant de plus de 50 centimètres carrés et même 18% sur une surface de quatre centimètres carrés – un record mondial pour traitement sous vide des modules solaires en pérovskite. Les scientifiques ont présenté leurs résultats à la réunion du printemps de cette année de la Materials Research Society (MRS). «Malgré l’agrandissement de la surface des composants par un facteur de plus de 500, nous avons pu déterminer quasiment aucune perte d’efficacité», explique David Ritzer de LTI, qui a conçu la connexion laser de haute précision. Avec leur approche, l’équipe KIT a réussi à réduire les pertes d’échelle des modules solaires en pérovskite à des valeurs qui ont été atteintes pour les technologies photovoltaïques déjà établies dans l’industrie, telles que le tellurure de cadmium (CdTe) ou le diséléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS ).

L’objectif: une efficacité de plus de 20% pour les grandes surfaces

Les activités de recherche futures se concentreront sur l’optimisation de l’empilement de couches de cellules solaires ainsi que sur la réduction supplémentaire de la taille des zones mortes. «Si nous pouvons exploiter tout le potentiel de la technologie, la production de modules solaires pérovskite avec une efficacité bien supérieure à 20%, même sur des surfaces encore plus grandes, est un objectif réalisable dans un proche avenir», déclare le professeur tenure track Ulrich W. Paetzold, chef de la « Taskforce Perovskite Photovoltaics » interinstitutionnelle au KIT. La recherche dans le département «Photovoltaïque de nouvelle génération» de l’Institut de technologie des microstructures (IMT) et au LTI du KIT sous la direction d’Ulrich W. Paetzold est financée par le ministère fédéral de l’Économie et de l’Énergie dans le cadre du projet conjoint CAPITANO et dans le cadre du projet PERCISTAND qui fait partie du programme-cadre européen de recherche et d’innovation Horizon 2020.


Record pour le module solaire tandem pérovskite / CIGS


Plus d’information:
KIT Energy Center

Fourni par l’Institut de technologie de Karlsruhe

Citation: Modules solaires pérovskite: haute efficacité sur une grande surface (2021, 7 mai), consulté le 8 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-perovskite-solar-modules-high-efficiency. Html

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