L’Université d’Uppsala établit un nouveau record mondial d’efficacité pour les cellules solaires CIGS

L’Université d’Uppsala en Suède, en collaboration avec le First Solar European Technology Center, a récemment atteint un seuil remarquable dans le domaine de l’énergie solaire. Cette avancée a été validée par un institut indépendant et publiée dans la revue Nature Energy.

Les chercheurs de l’Université d’Uppsala et du First Solar European Technology Center, anciennement connu sous le nom d’Evolar, ont franchi une étape supplémentaire en établissant un nouveau record mondial d’efficacité pour les cellules solaires en CIGS (cuivre, indium, gallium et sélénium).

Le taux d’efficacité atteint est de 23,64 %, surpassant le précédent record de 23,35 % détenu par Solar Frontier au Japon.

« Les mesures que nous avons effectuées pour cette cellule solaire et d’autres cellules produites récemment sont conformes à la marge d’erreur de la mesure indépendante. Cette dernière servira également à calibrer nos propres méthodes de mesure », explique Marika Edoff, professeure en technologie des cellules solaires à l’Université d’Uppsala, responsable de l’étude.

L’Université d’Uppsala n’en est pas à son premier exploit dans le domaine des cellules solaires. Déjà dans les années 1990, l’institution avait établi un record dans le cadre de la collaboration de recherche Euro-CIS. « Bien que cela fasse un certain temps que nous n’avions pas détenu le record de la cellule, nous avons souvent été juste derrière les meilleurs résultats », souligne Marika Edoff, mettant en avant l’importance de la scalabilité pour le processus de production à grande échelle.

L’essor mondial de l’énergie solaire

La part de l’énergie solaire dans la production d’électricité mondiale a dépassé les 6 % en 2022, selon l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE). Les modules solaires en silicium cristallin, qui sont les plus répandus, convertissent actuellement plus de 22 % de la lumière solaire en énergie électrique. L’objectif des recherches dans ce domaine est d’atteindre une efficacité supérieure à 30 % tout en maintenant des coûts de production raisonnables, avec un intérêt particulier pour les cellules solaires en tandem.

Le record du monde de 23,64 % a été mesuré par l’institut indépendant Fraunhofer ISE en Allemagne. L’article scientifique présente une analyse approfondie du matériau et des propriétés électriques de la cellule solaire, ainsi qu’une comparaison avec les records précédents pour le même type de cellule solaire d’autres institutions de recherche.

Les propriétés clés d’une cellule solaire efficace

Les propriétés les plus importantes d’une cellule solaire sont sa capacité à absorber la lumière et à transporter l’énergie vers une charge électrique. Pour cela, le matériau doit absorber une portion optimale du spectre solaire tout en évitant de gaspiller cette énergie en la convertissant en chaleur à l’intérieur de la cellule solaire.

Les cellules solaires CIGS sont composées d’une feuille de verre recouverte de plusieurs couches aux fonctions spécifiques. La couche qui absorbe la lumière solaire est constituée de cuivre, d’indium, de gallium et de sélénide, avec des ajouts d’argent et de sodium.

Pour optimiser la séparation des électrons, la couche CIGS est traitée avec du fluorure de rubidium. L’équilibre entre les métaux alcalins, sodium et rubidium, et la composition de la couche CIGS sont déterminants pour l’efficacité de conversion.

Des méthodes de mesure avancées

Pour comprendre la corrélation entre l’efficacité et la structure de la cellule solaire, plusieurs méthodes de mesure avancées ont été utilisées. Une analyse compositionnelle minutieuse a été réalisée grâce à la spectroscopie de fluorescence des rayons X (nano-XRF) au MAX IV à Lund. La microscopie électronique en transmission (TEM) à haute résolution a permis d’étudier les sections transversales de la cellule solaire. Enfin, la photoluminescence a été utilisée pour étudier le spectre de la lumière émise par la cellule solaire après excitation par un laser, un indicateur de la gestion interne des électrons par la cellule.

En synthèse

La détention du record mondial par l’Université d’Uppsala et le First Solar European Technology Center souligne le potentiel de la technologie des cellules solaires en couche mince CIGS.

« Pour la technologie CIGS, connue pour sa haute fiabilité, un record mondial signifie également qu’elle peut offrir une alternative viable pour de nouvelles applications, comme la cellule inférieure d’une cellule solaire en tandem », conclut Marika Edoff.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’efficacité d’une cellule solaire CIGS ?

L’efficacité d’une cellule solaire CIGS désigne la proportion du spectre solaire complet qui est convertie en énergie électrique dans la cellule.

Comment est mesurée l’efficacité des cellules solaires ?

L’efficacité est mesurée en utilisant une lumière filtrée qui imite le soleil en intensité et en spectre, tout en maintenant la cellule solaire à une température contrôlée.

Quel est l’objectif des recherches sur les cellules solaires ?

L’objectif est d’atteindre une efficacité de plus de 30 % avec des coûts de production raisonnables, en se concentrant notamment sur les cellules solaires en tandem.

Quelles méthodes de mesure ont été utilisées pour cette étude ?

Des méthodes telles que la nano-XRF, la TEM à haute résolution et la photoluminescence ont été utilisées pour analyser la structure et les propriétés de la cellule solaire.

Quelle est la signification de ce record pour l’Université d’Uppsala et le First Solar ?

Ce record valide le potentiel de la technologie CIGS en tant qu’alternative compétitive et ouvre la voie à de nouvelles applications, notamment dans les cellules solaires en tandem.

Références

Légende illustration : Marika Edoff, professeur de technologie des cellules solaires à l’université d’Uppsala, responsable de l’étude.

Edoff, M. (2024). Nature Energy. Uppsala University. Fraunhofer ISE. Agence Internationale de l’Énergie (AIE). MAX IV Laboratory. Solar Frontier. ZSW.

Article : « High-concentration silver alloying and steep back-contact gallium grading enabling copper indium gallium selenide solar cell with 23.6 per cent efficiency » – DOI: 10.1038/s41560-024-01472-3