Projet APOLO : Rendement record de 18,95% pour des modules solaires flexibles pérovskites encapsulés de 11,6 cm2

Publié le 23/06/2022

Des modules solaires flexibles pérovskites d’une surface de 11,6 cm2 avec un rendement de conversion de puissance de 18,95%

Le CEA à l’INES obtient des modules solaires flexibles pérovskites d’une surface de 11,6 cm2 avec un rendement de conversion de puissance de 18,95% (rendement stabilisé > 18.5%). A notre connaissance, cette performance est un record à l’échelle mondiale pour un dispositif pérovskite flexible de taille supérieure à 10 cm².

Les cellules solaires à base de pérovskite suscitent un grand intérêt ces 10 dernières années en raison de leurs excellentes propriétés optoélectroniques. Actuellement, les rendements de conversion de puissance des dispositifs solaires utilisant ces matériaux ont dépassé 25% pour les jonctions simples et 29% dans les structures tandem avec silicium. Ces résultats records sont obtenus sur de petites surfaces de l’ordre de 1 cm².

Pour certaines applications, l’usage de substrats flexibles peut avoir un intérêt pour la technologie pérovskites simple jonction car il ouvre la voie vers des procédés d’impression à haute cadence et à basse température. Ainsi, il devient possible d’utiliser des substrats bas coût contrairement aux technologies flexibles inorganiques, tel le CIGS, qui nécessitent des procédés à plus haute température et des substrats plus couteux.

De nombreuses équipes dans le monde essayent de relever les défis que représentent la réalisation de dispositifs de plus grande surface, avec une stabilité suffisante pour des applications concrètes. C’est une des tâches que ce sont fixé les partenaires du projet Européen APOLO dans le cadre duquel le CEA a obtenu ces résultats.

Crédits : Crédit CEA : Perovskites modules before and after flexible encapsulation

Obtention des modules flexibles pérovskites

Ces modules solaires flexibles pérovskites ont été obtenus à basse température sur des substrats bas coûts (PET) et avec une structure très simple composée de 5 couches, électrodes comprises. Les performances affichées sont obtenues après encapsulation (également flexible). La stabilité des dispositifs a été testée en conditions de chaleur humide (85°C, 85%RH), selon les normes utilisées pour les technologies silicium. Une stabilité de plusieurs centaines d’heure a été obtenue (400 à 800h selon encapsulation) considérant un objectif de la norme à 1000h.

Pour atteindre ce résultat, le CEA a travaillé :

  • A l’optimisation de l’empilement des couches constituant la cellule.
  • A la mise en œuvre d’un procédé laser en 3 étapes pour la réalisation du module.
  • Au développement d’un procédé d’encapsulation flexible totalement compatible  avec des matériaux hautement barrière aux gaz, sans perte initiale.

Le projet européen APOLO (European Union’s Horizon research and innovation programme under grant agreement No 763989) qui finance ces travaux arrive à son terme.

Les dispositifs réalisés par le CEA vont être intégrés dans un démonstrateur pour des applications bâtiment par la société Flexbrick (Es), membre du consortium européen. Les modules seront ainsi interconnectés pour obtenir des voltages importants et seront testés selon les normes du bâtiment. De plus, des essais de stabilité en conditions réelles sont actuellement réalisés.

Enfin, ces modules sont actuellement testés à l’institut Fraunhofer ISE, également partenaire du projet, pour des applications en intérieur. Ces tests ont déjà montré des rendements de conversion de puissance allant jusqu’à 24,5% à très faible illumination (500 lux). Une certification est envisagée.

Crédits : Crédit CEA : JV-characteristics of encapsulated champion module
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