Le soleil est le moyen le moins cher pour produire de l’électricité. Actuellement, des centrales sont construites dans des régions ensoleillées afin de fournir pour moins de deux cents par kilowattheure de l’électricité solaire. Les cellules solaires, à base de silicium cristallin, disponibles sur le marché rendent cela possible avec jusqu’à 23 % de rendement. Ces cellules détiennent donc 95 % de part de marché mondial. Les coûts pourraient encore baisser avec des rendements supérieurs à 26 %.
Maintenant, des chercheurs en photovoltaïque du Forschungszentrum Jülich dirigent un groupe de travail afin d’atteindre cet objectif en utilisant, pour la face avant des cellules solaires, un matériau transparent nonostructuré et un design sophistiqué. Au cours des dernières décennies, les cellules solaires en silicium ont toujours été améliorées et ont déjà atteint un niveau très élevé de développement.
Toutefois, il se produit toujours un effet perturbateur de la recombinaison après l’absorption de la lumière du soleil et la génération photovoltaïque de porteurs de charge électrique. Dans ce processus, avant de pouvoir être utilisés pour le flux d’électricité solaire, les porteurs de charge négatifs et positifs générés se combinent et s’annulent. À l’aide de matériaux spéciaux, ayant une propriété particulière (la passivation), il est possible de contrer cet effet. En outre, la conductivité électrique élevée et la transparence des couches ultra-minces réduit à peine l’incidence de la lumière.
En laboratoire, le premier prototype de la cellule solaire TPC de Jülich a atteint un rendement de 23,99 %. Il s’agit d’une valeur confirmée par le laboratoire CalTeC de l’ISFH (Institut de recherche sur l’énergie solaire de Hamelin). Cependant, il est possible d’utiliser la technologie TPC et atteindre des rendements dépassant 26 %, selon des simulations effectuées en parallèle.
Pour produire les couches de la cellule solaire TPC, plusieurs étapes du processus ont été nécessaires. Une double couche de minuscules nanocristaux de carbure de silicium en forme de pyramide a été déposée par les chercheurs sur une fine couche de dioxyde de silicium. Ensuite, une couche transparente d’étain et d’oxyde d’indium. Les procédés utilisés par les chercheurs sont le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et le procédé de pulvérisation.
Afin de réussir, les chercheurs du centre de microscopie électronique Jülich Ernst Ruska et de l’IEK 5 ont collaboré étroitement avec de nombreux instituts en Chine, en Équater, en Russie et aux Pays-Bas. Parmi les partenaires, les chercheurs de l’université de Duisburg-Essen, de l’université San Francisco de Quito, de l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle, de l’université et de l’institut de thermophysique Kutateladze de Novosibirsk, des universités techniques d’Eindhoven et de Delft et de l’université d Sun Yat-Sen de Guangzhou. Les chercheurs prévoient, dans les étapes suivantes, l’optimisation du rendement énergétique des cellules solaires TPC.
