Le NREL (National Renewable Energy Laboratory que l’on pourrait traduire par laboratoire national sur les énergies renouvelables) annonce avoir atteint un rendement de 47,1 % grâce à une cellule photovoltaïque à six jonctions sous une lumière concentrée. Il s’agit de la valeur la plus élevée jamais observée dans de telles conditions.
La performance de Soitec dépassée
Le précédent record était auparavant détenu par l’entreprise Soitec. En collaboration avec le CEA-Leti et l’Institut Fraunhofer ISE, elle avait atteint la remarquable valeur de 46 % du rayonnement solaire converti en électricité le 1er décembre 2014. Preuve du sérieux de cette information et de son retentissement international, cette valeur a été certifiée par l’institut japonais AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology).
Il convient également de préciser que la société Soitec est une habituée de ce genre de performances. Depuis 2013, elle tenait déjà le précédent record mondial, avec un taux de conversion fixé à 44,7 %. Il aura donc fallu à peine plus de douze mois pour repousser encore ces limites. Malheureusement, des décisions stratégiques sont venues freiner cette belle dynamique. Soitec a en effet annoncé l’arrêt de cette activité au début de l’année 2015. Elle a dû prendre une telle décision pour faire face à la mise à l’arrêt et même à l’annulation de grands projets visant à déployer des centrales. Depuis, la société a fait le choix de réorganiser ces activités autour de l’électronique grand public et la production de matériaux réduisant la consommation d’énergie des puces, augmentant leur vitesse de traitement des informations tout en répondant aux exigences du haut débit.
Une nouvelle architecture
Pour atteindre un rendement de 47,1 % (soit 1,1 % de plus que le record de Soitec), le NREL s’est appuyé sur une cellule à six jonctions sous une concentration de 143 suns. Cette unité de mesure représente 100 mW sur une surface d’un centimètre carré. La lumière concentrée équivaut alors à 143 fois l’irradiance du soleil. A titre de comparaison, vous devez également savoir qu’une variante de cette même cellule sans la moindre concentration (soit 1 sun) avait affichée un rendement de 39,2 %.
On appelle jonction la sous-cellule chargée d’absorber les photons même dans des bandes de longueurs d’onde différentes. Elles sont empilées les unes sur les autres au sein de la structure. Ce choix technologique va limiter les pertes énergétiques tout en dopant les capacités d’absorption du spectre lumineux en comparaison avec des cellules de silicium dotées d’une seule jonction. La cellule à six jonctions développée par le NREL se compose également de semi-conducteurs de type III-V, capables de capter, sur quelques microns d’épaisseur seulement, la lumière.
Malgré tout, il faut bien reconnaître que ces choix technologiques audacieux ont fait exploser les coûts de production de la cellule. Si des applications dans le domaine de la recherche spatiale peuvent être envisagées, ce surcoût empêchera forcément son déploiement dans d’autres domaines. Toutefois, des solutions existent à l’image de l’utilisation d’un dispositif de concentration de la lumière ou encore de la réduction de la quantité des matériaux. D’après les spécialistes, de telles options permettraient de diviser les prix par cent voire mille !
Un record prochainement battu ?
En plus d’une prochaine réduction des coûts de fabrication, les experts sont également persuadés que le rendement record de 47,1 % sera prochainement dépassé. D’ailleurs, les équipes du NREL ont d’ores et déjà fait savoir qu’ils espéraient rapidement franchir la barre symbolique des 50 % de conversion. Pour atteindre cet ambitieux objectif, les chercheurs disposent de plusieurs pistes à l’image, par exemple, de la réduction des barrières présentes à l’intérieur de la cellule ralentissant le flux de courant. Les 50 % de conversion devraient être atteints dans quelques mois seulement.
A moyen terme, tout porte à croire que le record sera porté autour des 60 % de conversion. Certains avancent même la valeur de 70 % d’ici quelques années. Quoiqu’il en soit, tous s’accordent sur un point. Il sera techniquement impossible d’atteindre un rendement parfait (soit 100 % de conversion). En effet, il existe des limites inhérentes à la conception et aux matériaux utilisés qui empêchent d’atteindre une conversion totale et parfaite.