Sous-cellules premium à contacts passivés poly-Si, à procédé simplifié, pour des dispositifs photovoltaïques tandem pérovskite/silicium – EPoBoC

Le bon usage des ressources pour la production de sous-cellules de Si à haut rendement (utilisation de Si cast-mono, élimination des ressources critiques comme l’Indium) nécessite un ajustement de l’architecture et du procédé de fabrication de ces cellules solaires. L’utilisation de silicium cast-mono offre l’opportunité d’utiliser une matière première à faible empreinte carbone. Cependant, la faible qualité initiale de ce matériau en comparaison avec le standard Cz doit être améliorée, pour atteindre le niveau de performance requis, par la mise en œuvre par exemple d’une étape de gettering via une couche de poly-Si. Ces ajustements ne doivent pas compromettre la qualité de chacune des couches de la cellule. Des couches d’interfaces entre le silicium et la pérovskite sans indium doivent également être développées. Pour ce faire, des couches TCO (transparent conducting oxide) sans Indium ainsi qu’une diode à effet tunnel impliquant des couches poly-Si très dopées sont en cours de développement. A terme, l’ensemble de la chaine de fabrication de ces sous-cellules solaires doit pouvoir être mise en œuvre à l’échelle industrielle.

D’ici la fin du projet, l’objectif est d’avoir développé une sous-cellule silicium optimisée et compatible avec les cellules tandem pérovskite/silicium, tout en combinant haute efficacité, gestion optimale des ressources et chaine de fabrication simplifiée. Puisqu’il s’agit d’une adaptation de la technologie TOPCon, l’actuelle référence dans le domaine des cellules solaires simple jonction en silicium, la sous-cellule TOPCon2 peut bénéficier directement des évolutions actuelles du marché, et donne de bonnes perspectives de transfert industriel rapide. L’utilisation d’un substrat de silicium alternatif (silicium monocristallin issu de solidification dirigée en creuset) pour la fabrication de sous-cellules permet non seulement de réduire les émissions de CO2 mais positionne également le partenaire industriel du projet au premier plan des avancées technologiques, pour la fabrication du matériau et son intégration dans les procédés.

En se concentrant sur la technologie tandem, le projet EPOBOC ambitionne d’augmenter l’efficacité du PV et de contribuer ainsi à promouvoir la production d’énergie renouvelable à long terme.
L’objectif du projet est donc de répondre aux défis liés à l’utilisation d’un matériau de base à faible empreinte carbone (silicium cast-mono) et à son intégration dans les architectures de cellules avec des contacts passivés poly-Si/SiOx sur les deux faces (TOPCon2) pour fournir des sous-cellules compatibles avec la technologie tandem. Également, le projet aborde le développement de couches intermédiaires de recombinaison sans indium entre la sous-cellule silicium et la cellule supérieure pérovskite (TCO sans Indium ou jonction tunnel en poly-Si).
A l’issue du projet, la preuve d’un concept simplifié, durable (bas carbone, conservation des ressources et élimination des ressources critiques) et industriellement réalisable, devrait être démontrée par l’intégration de sous-cellules performantes TOPCon2 sur Si cast-mono dans un dispositif tandem PK/Si (2 terminaux) complet.

Les résultats du projet seront communiqués vers la communauté scientifique et industrielle du domaine, et pourront nourrir également des prises de décision politiques. Les communications s’effectueront au travers de conférences scientifiques (présentation des résultats) et par le biais de publications dans des journaux.

Les cellules solaires photovoltaïques industrielles à base de silicium ont connu jusqu’ici une dynamique de progrès très forte, avec des rendements de conversion aujourd’hui proches de la limite théorique (29,4%). Pour maintenir cette dynamique de progression, il est donc nécessaire d’innover, en particulier en développant des cellules tandem pérovskite / silicium, prometteuses en matière de performances mais aussi de coûts. Dans ce contexte, l’objectif du projet concerne de nouvelles approches pour le développement de sous-cellules silicium premium, bas-carbone et sans éléments critiques, pour des cellules tandem pérovskite/silicium à 2 terminaux. Plus précisément, au-delà de la sous-cellule silicium, le projet couvre également la couche de recombinaison ainsi que la couche collectrice des trous de l’absorbeur pérovskite. Ces couches constituent la transition entre les deux sous-cellules. La sous-cellule silicium visée intègre des contacts passivés Poly-Si/SiOx sur ses deux faces, ce qui lui confère d’excellentes passivations de surface pour l’atteinte de très hauts rendements de conversion. L’impact environnemental sera minimisé en étudiant la possibilité d’utiliser des substrats de Si à faible empreinte carbone issus de solidification dirigée assistée par reprise sur germe (Cast-Mono). De plus, l’objectif est de développer une solution durable, en élaborant des couches de contact et de recombinaison sans indium.