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Alta Devices bat un record de cellules solaires
Une startup qui travaille en mode furtif depuis plusieurs années affirme avoir atteint un rendement record de 28,2% des cellules solaires, proche du maximum théorique de 33,5%. La note est supérieure d'environ 2 points de pourcentage au record établi l'an dernier, une avancée majeure dans une industrie qui mesure généralement les améliorations en dixièmes de pour cent. Alta Devices, fondée en 2007 et basée à Santa Clara, en Californie, affirme que ses techniques innovantes se prêtent à une fabrication à grande échelle.
L'amélioration de l'efficacité est essentielle pour que l'énergie solaire soit compétitive par rapport aux combustibles fossiles. L'augmentation de la puissance de sortie des cellules solaires individuelles réduit le nombre de cellules nécessaires par installation et réduit également le coût de choses telles que l'installation, le câblage et l'électronique pour connecter les panneaux au réseau.
Les chercheurs d'Alta Devices ont travaillé avec l'arséniure de gallium pour améliorer les propriétés inhérentes qui en font un matériau presque idéal pour les cellules solaires, explique Harry Atwater, professeur de physique appliquée à Caltech et cofondateur de la société. Lorsqu'une cellule solaire absorbe la lumière du soleil, une partie de l'énergie de la lumière du soleil génère des électrons qui sont rapidement extraits de la cellule pour produire de l'électricité. Si les électrons ne sont pas extraits assez rapidement, ils se désintègrent, libérant leur énergie sous forme de chaleur ou de lumière. La perte d'énergie sous forme de chaleur réduit à la fois la tension et la quantité de courant que la cellule peut produire, réduisant ainsi la puissance de sortie. Mais si l'électron produit de la lumière à la place, la lumière peut être réabsorbée par la cellule solaire pour générer un autre électron, offrant une autre chance à l'énergie de la lumière du soleil de devenir de l'électricité.
Dans l'arséniure de gallium, presque tous les électrons produisent de la lumière plutôt que de la chaleur. Dans les exemples de matériau de la plus haute qualité, le cycle de production et de réabsorption de lumière peut se produire 100 fois par photon entrant, offrant une forte probabilité qu'un électron produit soit finalement extrait pour générer de l'électricité. Pour atteindre l'efficacité record de ses cellules solaires, les chercheurs d'Alta Devices ont développé des traitements chimiques pour les fissures dans le matériau, qui ont autrement tendance à piéger les électrons et à leur faire libérer leur énergie sous forme de chaleur. Ils ont également travaillé pour améliorer une surface à l'arrière de la cellule pour s'assurer que les photons générés sont réfléchis dans le matériau, augmentant ainsi la probabilité qu'ils génèrent de l'électricité.
De manière significative, les chercheurs ont pu atteindre une efficacité élevée avec des techniques qui, selon Atwater, pourraient être utilisées dans une fabrication peu coûteuse. Les cellules solaires à l'arséniure de gallium ont été coûteuses à produire car elles sont constituées de plaquettes de semi-conducteur de très haute qualité, similaires à celles utilisées dans les puces informatiques. Pour réduire les coûts, Alta Devices utilise une technique appelée décollage épitaxial, dont une première version a été lancée par le cofondateur d'Alta Devices Eli Yablonovitch Dans les années 1980. Dans la version actuelle de la technique, la plaquette est utilisée comme modèle pour faire croître des couches très minces de matériau cristallin pour former une cellule solaire. Ces couches sont ensuite libérées de la plaquette par gravure chimique et décollées, permettant à la plaquette d'être réutilisée.
Atwater affirme que la société s'efforce d'améliorer le décollage épitaxié et de développer de meilleures façons de faire croître les couches cristallines sur la plaquette. La méthode actuelle, appelée dépôt chimique en phase vapeur, est trop lente pour fabriquer des cellules solaires bon marché.
Les cellules à haute efficacité produites par Alta Devices sont de petits appareils uniques. Les modules solaires les plus grands de l'entreprise ont une efficacité moindre, environ 21 %. En règle générale, lorsque les entreprises passent à une production à haut débit, les efficacités chutent de plusieurs points. Alta Devices doit également démontrer que les cellules à haute efficacité dureront des décennies lorsqu'elles sont exposées aux éléments sans dégradation significative de leurs performances.