Le 1er fabricant mondial de cellules solaires chinois, Suntech Power, a annoncé lundi que sa technologie Pluto, avait atteint un nouveau record, avec un niveau de rendement de 20,3 % pour les cellules produites avec des wafers en silicium standards. La technologie Pluto a été développée par les équipes de recherche et développement de Suntech, en collaboration avec l'Université de Nouvelle-Galles du Sud.

"Cette percée technologique est une nouvelle étape cruciale dans notre quête d'amélioration constante du niveau de rendement de nos cellules. Ce niveau de rendement doit permettre à terme de proposer une véritable alternative aux énergies fossiles" a déclaré Dr Stuart Wenham, Directeur de la technologie chez Suntech, et Directeur de la School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering (SPREE) à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud.

De son côté, l'Institut de Recherche de l'Energie Solaire de Singapour a confirmé le rendement de 20,3% des cellules Pluto. Il s'agit là d'une avancée significative par rapport aux premières générations de cellules, qui atteignaient un rendement de 19,6%. Avec une optimisation plus poussée, le rendement de la cellule de technologie Pluto devrait atteindre 21 % dans les 6 à 12 mois prochains.

L'une des améliorations clé de la technologie Pluto repose sur l'intégration, dans le procédé de fabrication classique des cellules, des caractéristiques des cellules PERL à haut rendement. La fabrication des cellules Pluto implique une étape dite « de passivation » qui a pour finalité d'optimiser les contacts en face arrière de la cellule. La méthode de fabrication des cellules a également été modifiée, de façon à diminuer le recours aux hautes températures, rendant ainsi possible l'application de ce processus, visant à augmenter le rendement des cellules, aux wafers les plus communément utilisés. [ Cliquez sur l'image pour zoomer ] Fort du succès de la technologie améliorée des cellules Pluto en laboratoire, Suntech indique se concentrer maintenant sur sa commercialisation. Il apparaît donc que cette technologie sera bientôt intégrée dans de nouveaux modèles de panneaux solaires. Ce nouveau record pour des cellules solaires en silicium cristallin suit l'annonce récente d'une équipe de chercheurs de l'Université de Technologie de Swinburne (Australie) et de Suntech, à propos du développement de cellules solaires nanoplasmoniques ayant le plus haut niveau de rendement.

Schott Solar annonce avoir mis au point « Quasimono », une nouvelle technique de fabrication permettant de concevoir des wafers à la fois carrés et possédant une importante partie monocristalline. L'utilisation d'un processus VGF (solidification dirigée, généralement utilisée pour fabriquer du silicium multi-cristallin), quelque peu modifié, a ainsi permis d'après la firme allemande de fabriquer des wafers de haute qualité, quasiment monocristallins.

Suite aux tests réalisés par l'Institut Fraunhofer ISE de Fribourg, les mesures obtenues ont confirmé un rendement de 19,9%. Ce nouveau module à cellules monocristallines qui a été baptisé 'SCHOTT PERFORM MONO' sera commercialisé en mai 2012.

La nouvelle technologie « Quasimono » de Schott Solar combine les avantages des procédés Czochralski et VGF. Le rendement d'une cellule solaire, c'est-à-dire la conversion de l'énergie solaire en électricité, augmente avec la régularité du réseau cristallin du wafer de silicium dans lequel il est fabriqué.

La méthode de Czochralski est utilisée pour produire des wafers monocristallins. Un cristal, qui sert de germe à la cristallisation, est trempé dans un creuset de silicium fondu et maintenu en rotation. Le cristal est lentement relevé vers le haut sans interrompre son contact avec le silicium en fusion. Celui-ci cristallise en suivant la structure régulière du cristal qui sert de germe. La rotation aboutit à un « lingot » cylindrique.

Sa structure monocristalline offre un rendement relativement élevé, mais cette méthode est assez coûteuse. En outre, le découpage de wafers carrés gâche du silicium.

Une autre méthode (VGF), qui produit une structure multi-cristalline, consiste à refroidir directement le silicium dans le creuset puis à le découper en tranches carrées, extrêmement fines.

La nouvelle méthode « Quasimono » associe donc les avantages des deux procédés, avec une amélioration du rendement global et une optimisation des coûts. Le cristal germe est placé au fond du creuset et partiellement fondu. Le refroidissement par solidification dirigée (technique VGF) entraîne une croissance quasiment monocristalline. Schott Solar a ainsi pu obtenir, sur une partie des tests, des wafers parfaitement monocristallins à partir d'un lingot de silicium. Sur le reste des tests, on note la présence de silicium multi-cristallin dans les wafers.

Le rendement de 19,9 % de ces wafers, confirmé par l'ISE Fraunhofer, s'approche des meilleurs résultats obtenus récemment par Schott Solar avec des cellules monocristallines. Ce concept haute performance, développé par Schott Solar en collaboration avec Roth & Rau AG (passivation de la face arrière) et le groupe Schmid (émetteurs sélectifs en face avant), a ainsi été transféré aux wafers Quasimono, avec un coût optimal.

Les travaux de recherche ont été en partie financés par le gouvernement allemand dans le cadre du projet « QUASIMONO ».

L'efficacité des cellules solaires conventionnelles pourrait être sensiblement augmentée, grâce à de nouvelles recherches menées par le chimiste Xiaoyang Zhu de l'Université du Texas à Austin, sur les mécanismes de conversion de l'énergie solaire. Zhu et son équipe ont en effet découvert qu'il était possible de doubler le nombre d'électrons récupérés à partir d'un seul photon de lumière en utilisant un matériau semi-conducteur organique en plastique.

"La production de cellules solaires semi-conducteurs en plastique possède de gros avantages, dont l'un concerne son faible coût", a déclaré le professeur Zhu. "En association avec les vastes capacités de la conception moléculaire, notre découverte ouvre la porte à une nouvelle approche passionnante dans la conversion de l'énergie solaire, conduisant à des rendements beaucoup plus élevés."

Zhu et son équipe ont d'ailleurs publié leur découverte révolutionnaire le 16 décembre dans la revue Sciences.

L'efficacité théorique maximale des cellules solaires en silicium en usage aujourd'hui est d'environ 31%, du fait de la proportion trop élevée d'énergie solaire frappant la cellule afin d'être transformée en électricité. Cette énergie transmise sous forme "d'électrons chauds" est souvent perdue en chaleur. La capture de ces "électrons chauds" pourraient donc accroître l'efficacité de la conversion d'énergie solaire en électricité pour atteindre le taux de 66%.

Zhu et son équipe avaient précédemment démontré que ces "électrons chauds" pourraient être capturés à l'aide de nanocristaux semi-conducteurs. "Pour un élément" a déclaré Zhu, "le taux d'efficacité de 66% ne peut être atteint que lorsque la lumière du soleil reste fortement concentrée, et non pas à partir de la lumière du soleil frappant classiquement un panneau solaire. En conséquence, cela crée des problèmes d'ingénierie lors de la conception d'un nouveau matériau ou dispositif."

Pour contourner ce problème, Zhu et son équipe ont trouvé une alternative. Ils ont découvert qu'un photon produit un état quantique noir, à partir duquel deux électrons peuvent être capturés efficacement pour générer plus d'énergie dans les semi-conducteurs en pentacène. L'absorption d'un photon dans un semiconducteur organique créé une paire d'électron-trou appelée "exciton".

Le chimiste a précisé que l'exploitation de ce mécanisme pourrait augmenter l'efficacité théorique maximum des cellules solaires de 44% sans avoir à focaliser un faisceau solaire, ce qui encouragerait une utilisation plus répandue de la technologie solaire.

Le fabricant allemand de module solaire, Schott Solar a annoncé l'élargissement de sa gamme photovoltaïque avec un nouveau modèle alliant "esthétisme" et "performances inégalées" : le Schott Perform MONO. En effet, grâce à une technologie unique, les premières cellules solaires de 6 pouces garantiront un rendement de 20,2 %. Globalement, le module photovoltaïque Schott Perform MONO sera proposé jusqu'à 280 Wc et commercialisé en Europe au deuxième trimestre 2012.

Ce nouveau panneau solaire se caractérise par les spécifiques techniques suivantes : ► 60 cellules de 156 x 156 mm, en silicium monocristallin
► Panneau solaire avant en verre de 3,2 mm, faible teneur en fer
► Face arrière en film tedlar
► Disponibilité dans plusieurs classes de puissance, jusqu’à 280 Wc
► Rendement des cellules : 20,2 %
► Poids : environ 20 kg
► Cadre noir de 50 mm

D'après Schott, le nouveau modèle se distingue également par son design moderne et épuré : "les cellules sombres qui le composent, combinées à un cadre noir, le rendent particulièrement élégant." Il est par ailleurs résistant aux intempéries : "aux vents violents, aux orages, à la glace et à la neige (testé en pression et en dépression jusqu’à 5,400 Pascal, conformément à la norme IEC), ce qui garantit la fiabilité des performances pour de nombreuses années."

« Le nouveau module Schott Perform MONO est un excellent exemple de la façon dont nous menons de pair la R&D et Le développement produit », a déclaré Stefan Hergott, directeur produit chez Schott Solar AG. La société a été la première au monde à fabriquer des cellules solaires en silicium monocristallin par sérigraphie, au format 156 x 156 mm et avec un rendement de 20,2 % à l'échelle industrielle.

Le fabricant allemand de cellules solaires SCHOTT Solar, a annoncé une nouvelle fois l'amélioration de la performance de ses modules solaires en silicium multi-cristallin, en atteignant le rendement record de 18,2% sur la surface utile. Ces résultats ont été obtenus grâce à l'utilisation d'une technologie de cellules à hautes performances, qui avait déjà permis au fabricant d'enregistrer le record mondial de rendement en septembre 2010. Depuis lors, SCHOTT Solar a continué d'améliorer la technologie, rendant ainsi le photovoltaïque plus abordable et donc plus compétitif pour l'avenir.

Grâce à d'intenses travaux de recherche, SCHOTT Solar a pu optimiser les processus au niveau du wafer, de la cellule et du module. « C'est le résultat de nos efforts de recherche intégrée pour l'ensemble du groupe SCHOTT », a souligne Klaus Wangemann, directeur du développement.

Par exemple, la filiale SCHOTT Solar Wafer GmbH (Iéna) a amélioré la qualité électronique de ses wafers de silicium, grâce aux avancées dans la technologie de cristallisation. De son côté, l'équipe de développement de SCHOTT Solar AG à Alzenau a revu la conception des cellules et des modules : les nouvelles cellules sont désormais reliées par trois interconnexions, ce qui réduit les pertes électriques.

Par ailleurs, le nouveau processus de diffusion mis au point, utilisé pour la face avant ; permet d'augmenter la durée de diffusion et conduit à un débit d'environ 3.200 wafers par heure. Ce processus facilite la mise en oeuvre future de concepts à haut rendement. La face arrière utilise une structure PERC réalisée par une technologie désormais classique de sérigraphie.

Vers des applications pratiques

Pour atteindre ce record, SCHOTT Solar a équipé le module de 60 de ces cellules, avec un rendement maximal de 18,7 %. Le record mondial de 18,2 % sur la surface utile pour des modules en silicium multi-cristallin a été confirmé par des tests indépendants (ESTI – European Solar Test Installation).

Chacune des étapes de la fabrication des modules a été testée avant la mise en oeuvre. « Nous allons maintenant transférer assez rapidement la totalité du processus vers une chaîne de fabrication aboutie », a ajouté M. Wangemann.

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