Les chercheurs chinois adoptent une méthode innovante pour améliorer l’efficacité de l’énergie solaire en utilisant un revêtement protecteur qui agit comme un écran solaire pour les cellules photovoltaïques, les protégeant ainsi de la dégradation causée par les rayons ultraviolets.
Découverte significative
Une équipe de l’Université de Pétrole du Sud-Ouest a démontré que les films de oxyde de zinc peuvent préserver les cellules solaires à hétérojonction en silicium des dommages réalisés par les UV. Selon pv magazine, ce traitement pourrait augmenter la production d’énergie projetée de 4.8 %.
Dans leur étude, les chercheurs ont investigué l’utilisation de l’oxyde de zinc (ZnO) en tant que barrière contre les UV pour les cellules solaires HJT, qui sont reconnues pour leur haute efficacité, mais qui perdent de leur performance sous l’exposition aux rayons ultraviolets.
L’équipe prévoit la publication de ces résultats dans le journal Current Applied Physics en octobre prochain.
Une approche innovante
Jian Yu, l’auteur principal de l’étude, a expliqué que les méthodes actuelles pour lutter contre la dégradation causée par les UV se concentrent souvent sur des matériaux d’encapsulation qui bloquent ou convertissent la lumière ultraviolette, ou sur des modifications de conception au niveau des dispositifs.
L’idée de ce projet est d’utiliser une solution différente en plaçant une couche d’oxyde métallique à large bande interdite afin d’absorber les photons UV nuisibles avant qu’ils n’atteignent les parties sensibles des cellules.
Ce revêtement a réussi à filtrer une grande partie des rayons ultraviolets tout en permettant le passage efficace de la lumière visible. En effet, la transmission des UV était limitée à environ 16-18%, tandis que la transmission de la lumière visible restait supérieure à 90%.
Après avoir soumis les cellules à une exposition UV équivalente à 60 kilowattheures par mètre carré, la dégradation de l’efficacité de conversion d’énergie des cellules protégées par le ZnO n’a atteint que 3.5%, contre 5.7% pour les cellules non revêtues. De plus, l’application d’oxyde de zinc sur le verre des modules a montré une protection encore plus efficace.
Tests et résultats
Durant les tests effectués sous les mêmes conditions d’exposition aux UV, il a été noté que le verre revêtu d’oxyde de zinc réduisait la dégradation de l’efficacité à 4.1%, peu comparé à 5.0% pour un verre standard. Sur une durée de vie projetée de 25 ans, ces modules protégés pourraient atteindre un coût nivelé de l’électricité de 0,0262 dollars par kilowattheure, ce qui constitue une amélioration significative.
Les chercheurs ont précisé que le ZnO serait bien adapté aux cellules en silicium cristallin, car il peut absorber les photons UV entre 300 et 400 nanomètres tout en permettant à majoritairement la lumière visible de passer, ce qui pourrait renforcer la fiabilité des cellules.
Perspectives d’avenir
Pour tester cette idée, l’équipe a utilisé deux méthodes principales : l’intégration directe de zinc dans des cellules HJT pré-métallisées et le revêtement du verre frontal de modules déjà terminés.
Les films ont été créés par sputtering à magnétone DC, et les chercheurs ont ajusté leurs propriétés optiques en modifiant les conditions de dépôt telles que la puissance, la pression, le flux d’oxygène, et la température du substrat.
Les deux méthodes ont montré une durabilité améliorée, mais le revêtement du verre semblait plus prometteur en raison de sa couverture totale. Après l’exposition à 60 kWh/m² d’UV, les cellules protégées par le verre en ZnO ont enregistré des baisses de courant de court-circuit et d’efficacité de 1.2% et 2.3% respectivement, contre 2.8% et 4.7% sans revêtement.
Enfin, les chercheurs estiment que cette approche pourrait également s’appliquer à d’autres technologies telles que les connexions à contact passivé par oxyde tunnel, les cellules perovskite, et les cellules tandem, ce qui pourrait élargir leur domaine d’application dans l’industrie.
“En absorbant et bloquant efficacement les photons UV de haute énergie, une barrière de protection physique similaire à un écran solaire se forme à la surface de la cellule, neutralisant ainsi la dégradation induite par les UV d’un point de vue matériel”, a déclaré Yu.
FAQ
Quelle est la durée de vie projetée des modules solaires protégés par l’oxyde de zinc ?
Les chercheurs estiment qu’en raison de la protection supplémentaire, ces modules pourraient atteindre une durée de vie estimée de 25 ans.
Quelles autres technologies solaires peuvent bénéficier de cette recherche ?
En plus des cellules HJT, l’oxyde de zinc pourrait être applicable aux cellules solaires à contact passivé par oxyde tunnel, aux perovskites, et aux cellules tandem.
Comment l’oxyde de zinc est-il appliqué sur les cellules solaires ?
L’application se fait généralement par un procédé de sputtering à magnétone, dans lequel des films d’oxyde de zinc sont déposés sur la surface des cellules photovoltaïques.
Y a-t-il des impacts environnementaux associés à l’utilisation de l’oxyde de zinc ?
Des études futures pourraient se pencher sur les impacts environnementaux de la production et de l’application de l’oxyde de zinc, bien qu’il soit généralement considéré comme moins nocif que d’autres matériaux.
Quelle est la différence entre les cellules solaires HJT et d’autres technologies ?
Les cellules HJT (Hétérojonction) sont connues pour leur haute efficacité et leur capacité à conserver les performances même sous une exposition prolongée aux UV, mais elles nécessitent une protection accrue pour optimiser leur durabilité.
