Cellules tandem et organiques
Les cellules multi-jonctions semi-conductrices atteignent un rendement supérieur à 30%, alors que les cellules solaires au silicium mises sur le marché atteignent actuellement un rendement de 15% environ. Pourtant, les cellules solaires organiques n’entrent pas en directe concurrence avec les cellules solaires multi-jonctions semi-conductrices ou en silicium en raison des caractéristiques particulières de leurs matériaux.
En juillet 2008, le Ministère fédéral de l’enseignement et de la recherche (BMBF) a lancé le projet OPEG (Photovoltaïque organique pour un approvisionnement énergétique intégrable), soutenu par une subvention de plus de 16 millions d’euros, et déjà aujourd’hui sont publiés les premiers résultats très positifs. Les trois partenaires de l’alliance, Heliatek, BASF et l’Institut de photovoltaïque appliquée (IAPP) de l’Université technique de Dresde ont développé une cellule solaire tandem P-I-N avec un rendement homologué de 5,9% sur une surface active de 2 cm2 : un nouveau record mondial.
La nouvelle technologie permet à présent la production de cellules solaires organiques légères, flexibles, sur une grande surface, qui peuvent être produites à bon marché et avec des dépenses en énergie et matériels très réduites. Les épaisseurs de couches nécessaires sont de l’ordre de 200 nanomètres et pour un mètre carré de surface de cellule solaire, seul un gramme de matériau semi-conducteur est requis.
Le projet soutenu par le Gouvernement fédéral sera poursuivi jusqu’en juin 2011 et rassemble 11 partenaires de l’industrie et de la recherche. L’objectif du projet consiste à améliorer l’efficacité des cellules solaires organiques, notamment par la recherche de nouveaux matériaux, à augmenter leur durée de fonctionnement et avant tout à continuer à optimiser cette technique de production bon marché. D’ici la fin du projet, les partenaires poursuivent l’objectif ambitieux d’augmenter le rendement des cellules à 9 -10%.
Le potentiel sur le marché des cellules solaires organiques est énorme : des applications mobiles comme par exemple l’approvisionnement énergétique d’appareils mobiles (ordinateurs portables, assistants électroniques) aux applications en extérieur (feuille photovoltaïque sur des tentes), en passant par le domaine de l’automobile, ou encore l’approvisionnement en électricité de radio… A long terme, les cellules solaires organiques pourraient même faire leur entrée dans le domaine du bâtiment. Des feuilles solaires enroulables sur les marquises ou des feuilles photovoltaïques transparentes sur les carreaux des fenêtres seraient envisageables.
Une cellule photovoltaïque tandem est un empilement de deux cellules photovoltaïques simples. En combinant deux cellules absorbant dans des domaines spectraux se chevauchant, on élargit le spectre absorbable de la lumière et on améliore ainsi le rendement théorique par rapport à des cellules simples distinctes, qu’elles soient amorphes, cristallines ou microcristallines. Grâce à une forme correspondante, les photons de la lumière du soleil peuvent être retenus plus longtemps dans les couches respectives grâce à une réflexion supplémentaire.
Une cellule p-i-n est constituée d’une zone dopée bore, d’une zone intrinsèque et d’une zone dopée phosphore
