Des chercheurs
de l'Institut Fraunhofer des systèmes énergétiques
solaires (ISE) ont réussi pour la première fois à
transformer la lumière du soleil en électricité avec
un rendement de 41,1%. A la différence du précédent
record (39,7%, atteint en octobre 2008 avec un rayonnement solaire concentré
300 fois - lire sur le même sujet [1 et 1 bis]), la
nouvelle cellule photovoltaïque (PV) à multi-jonctions de 5
mm2 de surface et constituée de trois semi-conducteurs de type III-V
[semi-conducteurs III-V: GaInP/GaInAs/Ge (Gallium-Indium-Phosphore/Gallium-Indium-Arsenic/Germanium)],
est en mesure de convertir en électricité 41,1% d'une lumière
concentrée 454 fois. Or l'intégration de ce type de cellules
dans des centrales PV à concentration en vue d'une application industrielle
suppose justement que les performances optimales soient atteintes dans
une gamme de concentration lumineuse située entre 300 et 600 soleils.
Depuis 1999 ont été
développées à l'ISE des cellules PV métamorphiques
à poly-matériaux, constituées de combinaisons de semi-conducteurs
de type III-V [semi-conducteurs de Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As avec
des substrats de Gallium-Arsenic ou de Germanium]. Ces matériaux
sont optimaux pour transformer la lumière du soleil en courant électrique,
mais ne peuvent être combinés les uns aux autres qu'à
l'aide d'une astuce : le développement métamorphique [2].
En effet, contrairement aux cellules PV à multi-jonctions traditionnelles,
leur structure est conditionnée afin que les semi-conducteurs ne
possèdent pas le même écartement entre leurs atomes
dans le cristal. Cela entrave le développement de couches de semi-matériaux
III-V à haute qualité cristalline, car une contrainte se
crée aux jonctions entre les matériaux possédant une
distance interatomique différente, conduisant à la formation
de dislocations et autres défauts. Les chercheurs de l'ISE ont réussi
à localiser les défauts dans une zone de la cellule PV inactive
électriquement. Ainsi, les zones actives de la cellule solaire demeurent
sans défauts - une condition nécessaire pour obtenir un rendement
plus élevé. "Ceci est un bon exemple de la manière
dont le contrôle des défauts des cristaux dans les semi-conducteurs
conduit à une percée technologique", comme l'annonce le Prof.
Eicke R. Webe, Directeur de l'ISE.
Ce développement
métamorphique du cristal permet aux chercheurs d'utiliser pour le
développement de leurs cellules PV à multi-jonctions une
plus grande diversité de combinaisons de semi-conducteurs. Dans
cette structure à haute efficacité, il est déterminant
de répartir le spectre du soleil en trois domaines spectraux grâce
à un choix approprié de matériaux absorbant la lumière
du soleil. Ainsi toutes les cellules partielles génèrent
le même courant. Ceci représente un argument important pour
une cellule PV blindée en série (seriell verschaltete Solarzelle),
dans laquelle le courant des éléments de construction est
toujours limité par le plus petit courant traversant une partie
de la cellule. Grâce au choix des matériaux métamorphiques
(Gallium, Indium, Phosphore, Arsenic, Germanium), pour la première
fois la structure de cellules solaires qui a été choisie
s'ajuste parfaitement au courant électrique sous le spectre terrestre
du soleil. |
Ces cellules PV pourraient
trouver des applications dans des systèmes de concentrateurs PV
pour des centrales solaires dans les Länder à fort ensoleillement.
L'ISE travaille avec l'entreprise Azur Space à Heilbronn ainsi qu'avec
l'entreprise industrialisée Concentrix Solar GmbH à Fribourg,
pour rendre la nouvelle technique concurrentielle dès que possible.
"Les hauts rendements de nos cellules solaires sont le moyen effectif de
diminuer le prix de revient de l'électricité pour les systèmes
PV à concentration", selon le Dr. Andreas Bett, chef de service
à l'ISE.
La recherche sur les
cellules solaires à plusieurs composants de type III-V à
destination du photovoltaïque à concentration a été
financée à l'ISE pendant les 15 dernières années
d'abord par le Ministère fédéral de l'enseignement
et de la recherche (BMBF), puis également par le Ministère
fédéral de l'environnement, de la protection de la nature
et de la sûreté nucléaire (BMU). La Fondation fédérale
allemande pour l'environnement (DBU) a aussi contribué au succès
par de nombreuses bourses de doctorat.
Pour en savoir plus, contacts:
- [1] Rapport Allemagne "PV et solaire
thermodynamique en Allemagne: avancées de la recherche allemande,
mesures de soutien, perspectives industrielles", 1/10/2008, http://www.bulletins-electroniques.com/rapports/smm08_055.htm
- [1 bis] La
cellule solaire la plus performante d'Europe: l'ISE bat son propre record
- [2] Informations sur le métamorphisme
: http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9tamorphisme
- Téléchargement possible d'informations
sur le site internet de Fraunhofer : http://www.ise.fraunhofer.de
- Karin Schneider - Fraunhofer Institut für
Solare Energiesysteme (ISE), Heidenhofstr. 2, D79110 Friburg - tél:
+49 761 45 88 0, fax: +49 761 45 88 100 - email: karin.schneider@ise.fraunhofer.de
- http://www.ise.fhg.de/
Source:
- communiqué de presse, Fraunhofer Institut
fur Solare Energiesysteme (ISE), http://redirectix.bulletins-electroniques.com/cCTGq
-14/01/2009
- communiqué de presse IDW, http://idw-online.de/pages/de/news296392
-14/01/2009
Rédacteur:
Claire Vaille, claire.vaille@diplomatie.gouv.fr
Origine:
BE Allemagne numéro 420 (21/01/2009) -
Ambassade de France en Allemagne / ADIT |
