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Mobiliser différents semi-conducteurs pour améliorer l'efficacité d’une cellule solaire photovoltaïque : l'idée n'est, en soi, pas nouvelle. De telles cellules portent même déjà un nom, celui de « cellule multijonction ». Toutefois, celle mise au point par une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), aux États-Unis, et du Masdar Institute of Science and Technology, aux Émirats arabes unis, se distingue des autres par son design « en escalierescalier » et, surtout, son coût.
Classiquement, une cellule multijonction est composée de plusieurs couches de semi-conducteurs capables de convertir, chacune, différentes parties du spectre solaire et, de fait, d'obtenir de meilleurs taux de conversion énergie solaire/énergie électrique. Des rendements pouvant théoriquement aller jusqu'à 50 % ! Malheureusement, le coût de fabrication élevé de ce type de cellules solaires les cantonne, pour l'heure, à des marchés de niche que sont, par exemple, les applications spatiales.
Grâce à une architecture en escalier, les cellules solaires multijonctions conçues par des chercheurs du MIT et du Masdar Institute devraient atteindre des taux de conversion record. © Tahra Al Hammadi, Masdar Institute News
Réutiliser de la matière première et optimiser le design
En étudiant de près ce type de cellules, les chercheurs du MIT et du Masdar Institute se sont rendu compte qu'en supprimant une partie de la couche semi-conductrice supérieure, et en exposant ainsi directement la couche inférieure au rayonnement solairerayonnement solaire, les taux de conversion étaient encore meilleurs.
Les chercheurs ont donc d'abord faire croître une couche de phospho-arséniure de gallium (GaAsP) sur un substratsubstrat de siliciumsilicium-germaniumgermanium (SiGe) - car il n'est pas possible de le faire directement sur une couche de silicium. Ils ont ensuite imaginé et gravé sur la couche de GaAsP le motif en escalier le plus efficace et récupéré le substrat de SiGe devenu superflu.
Un substrat prêt à être réutilisé pour la fabrication d'une deuxième cellule, puis d'une troisième, d'une quatrième, etc. De quoi réduire les coûts de production et espérer que de telles cellules solaires multijonctions « en escalier », au taux de conversion réel estimé à 35 %, envahiront bientôt le marché.
