Tableaux d'efficacité des cellules solaires (version 53) De www.onlinelibrary.wiley

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1. INTRODUCTION

Depuis janvier 1993, « Progress in Photovoltaics » publie six listes mensuelles des rendements confirmés les plus élevés pour une gamme de technologies de cellules et de modules photovoltaïques. 1 - 3 En fournissant des lignes directrices pour l'inclusion des résultats dans ces tableaux, cela fournit non seulement un résumé faisant autorité de l'état actuel des connaissances, mais encourage également les chercheurs à rechercher une confirmation indépendante des résultats et à en rendre compte de manière normalisée. Dans la version 33 de ces tableaux, 3 résultats ont été mis à jour pour refléter le nouveau spectre de référence accepté internationalement (Commission électrotechnique internationale CEI 60904-3, Ed. 2, 2008).

Le critère le plus important pour l'inclusion des résultats dans les tableaux est qu'ils doivent avoir été mesurés de manière indépendante par un centre de test reconnu, répertorié ailleurs. 2 On distingue trois différentes définitions éligibles de la surface de la cellule: la surface totale, la surface d’ouverture et la zone d’éclairage désignée, comme défini également ailleurs 2 (notez que si le masquage est utilisé, les masques doivent avoir une simple géométrie de l’ouverture, telle que , rectangulaire ou circulaire). Les efficacités «zone active» ne sont pas incluses. Il existe également certaines valeurs minimales de la surface recherchée pour les différents types d’appareils (supérieures à 0,05 cm 2 pour une cellule de concentration, 1 cm 2 pour une cellule solaire, 800 cm 2 pour un module et 200 cm 2 pour un «sous-module»). ).

Les résultats sont rapportés pour des cellules et des modules fabriqués à partir de différents semi-conducteurs et pour des sous ‐ catégories au sein de chaque groupe de semi-conducteurs (par exemple, cristallin, polycristallin et film mince). À partir de la version 36, les informations de réponse spectrale sont incluses (si possible) sous la forme d'un graphique représentant l'efficacité quantique externe (EQE) en fonction de la longueur d'onde, sous forme de valeurs absolues ou normalisé à la valeur mesurée maximale. Les courbes courant-tension (IV) ont également été incluses, si possible, à partir de la version 38. Un résumé graphique des progrès réalisés au cours des 25 premières années de publication des tableaux a été inclus dans la version 51. 2

Les résultats de cellules et de modules «un soleil» confirmés les plus élevés sont reportés dans les tableaux 1-4 . Toute modification dans les tables par rapport à celles précédemment publiées 1 est définie en gras. Dans la plupart des cas, une référence bibliographique est fournie, décrivant soit le résultat rapporté, soit un résultat similaire (les lecteurs identifiant des références améliorées sont invités à le soumettre à l'auteur principal). Le tableau 1 récapitule les mesures les mieux rapportées pour les cellules et sous-modules à jonction unique «un soleil» (sans concentrateur).

Le tableau 2 contient ce qui pourrait être décrit comme des «exceptions notables» pour les cellules et sous-modules à une jonction «un soleil» dans la catégorie ci-dessus. Bien qu'ils ne soient pas conformes aux exigences pour être reconnus comme un enregistrement de classe, les dispositifs du tableau 2 présentent des caractéristiques notables qui intéresseront certaines parties de la communauté photovoltaïque, avec des entrées basées sur leur signification et leur actualité. Pour encourager la discrimination, le tableau se limite nominalement à 12 entrées, les auteurs présents ayant voté pour leurs préférences en matière d'inclusion. Les lecteurs qui ont des suggestions d’exceptions notables à inclure dans ce tableau ou les tableaux suivants sont invités à contacter l’un des auteurs avec tous les détails. Les suggestions conformes aux directives figureront sur la liste de vote pour un prochain numéro.

Le tableau 3, présenté pour la première fois dans la version 49 de ces tableaux, résume le nombre croissant de résultats de cellules et de sous-modules impliquant des dispositifs à jonctions multiples à haute efficacité et un soleil (rapporté précédemment dans le tableau 1 ). Le tableau 4 présente les meilleurs résultats pour les modules à un soleil, à jonction simple et multiple, tandis que le tableau 5 présente les meilleurs résultats pour les cellules de concentrateur et les modules de concentrateur. Un petit nombre d '«exceptions notables» sont également inclus dans les tableaux 3 à 5 .

2 NOUVEAUX RÉSULTATS

Dix nouveaux résultats sont rapportés dans la présente version de ces tableaux. Le premier nouveau résultat présenté dans le tableau 1 (cellules à un soleil) représente un record absolu pour toute cellule solaire à simple jonction. Une efficacité de 29,1% a été mesurée pour une cellule GaAs de 1 cm2 fabriquée par Alta Devices 8 et mesurée à l'Institut Fraunhofer pour les systèmes à énergie solaire (FhG-ISE).

Le deuxième nouveau résultat est une efficacité de 11,3% mesurée pour une cellule solaire CZTSSe de 1,2 cm 2 (Cu 2 ZnSnS x Se 4- x) fabriquée par l’Institut Daegu Gyeongbuk de science et technologie (DGIST), Corée 14 et mesurée par le Newport. Laboratoire PV.

Le premier des trois nouveaux résultats du tableau 2 («exceptions notables» à un soleil) est égal à l'enregistrement précédent pour une cellule CZTSSe de petite surface. Une efficacité de 12,6% a également été mesurée à Newport pour une cellule de 0,48 cm 2 fabriquée à nouveau par DGIST. La surface de cellules est trop petite pour être classée comme un enregistrement absolu, les objectifs d'efficacité énergétique des cellules solaires dans les programmes de recherche gouvernementaux étant généralement définis en termes de surface de cellules égale ou supérieure à 1 cm 2 . 64 - 66

Le deuxième nouveau résultat du tableau 2 représente un nouveau record pour une cellule solaire à pérovskite de type Pb-halogénure, avec une efficacité de 23,7% confirmée pour une cellule de petite surface de 0,07 cm² fabriquée par l'Institut des semi-conducteurs de l'Académie des sciences de Chine (ISCAS). ), Beijing 33 et mesuré à Newport.

Pour les cellules pérovskites, les tableaux acceptent maintenant les résultats basés sur des mesures «quasi-stables» (parfois appelées «stabilisées» dans le champ pérovskite, bien que cela soit en conflit avec l'utilisation dans d'autres domaines de la photovoltaïque). Avec les autres technologies émergentes, les cellules pérovskites peuvent ne pas présenter le même niveau de stabilité que les cellules conventionnelles, la stabilité des cellules pérovskites étant discutée ailleurs. 67 , 68

Une troisième nouvelle «exception notable» dans le tableau 2 est 13,3% pour une très petite cellule solaire organique de 0,04 cm 2 fabriquée par South China University et Central South University 34 et mesurée au Laboratoire national d’énergie renouvelable (NREL). La stabilité des cellules solaires organiques est discutée ailleurs 69 , 70 avec une surface de cellule encore trop petite pour être classée comme un enregistrement absolu.

Trois nouveaux résultats sont rapportés dans le tableau 3 concernant des dispositifs multijonction à un soleil. Le premier est de 23,3% pour un dispositif tandem GaInP / GaAs / Si monolithique de 1 cm 2 , à trois jonctions, à deux terminaux (monolithique, métamorphique, croissance directe) fabriqué et mesuré par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire. 39

Le deuxième nouveau résultat indique la démonstration d'une efficacité de 27,3% pour un dispositif monolithique monolithique monolithique à deux jonctions perovskite / silicium de 1 cm2 fabriqué par Oxford PV 40 et mesuré à nouveau par le Fraunhofer Institute for Solar Energy System. Notez que cette efficacité dépasse maintenant l'efficacité la plus élevée pour une cellule en silicium à simple jonction (tableau 1 ), bien que pour un périphérique beaucoup plus petit.

Un troisième nouveau résultat pour le tableau 3 est présenté comme une «exception notable» pour une cellule multijonction. Une efficacité de 37,8% a été mesurée pour une cellule monolithique monolithique à trois jonctions de 1 cm 2 GaInP / GaAs / GaInAs fabriquée par Microlink Devices . et mesuré à NREL. La particularité de ce dispositif est qu'il a été fabriqué à l'aide d'un soulèvement par épitaxie à partir d'un substrat réutilisable. 44

Deux nouveaux résultats apparaissent dans le tableau 5 («cellules et modules de concentrateur»). Le premier est l'efficacité de 30,5% pour une cellule de concentrateur GaAs à jonction unique fabriquée et mesurée par NREL.

La seconde est une «exception notable». Une efficacité de 41,4% a été rapportée pour un minimodule de concentrateur de 122 cm 2 constitué de 10 lentilles acromatiques en verre et de 10 cellules solaires à jonction GaInP / GaAs, GaInAsP / GaInAs liées à la tranche, fabriquées et mesurées par FhG-ISE. C'est l'efficacité la plus élevée mesurée pour un tel module de concentrateur interconnecté.

Les spectres EQE des résultats des nouvelles cellules GaAs et CZTSSe présentés dans le présent numéro de ces tableaux sont illustrés à la figure 1 A, la figure 1 B représentant les courbes de densité de courant et de tension (JV) des mêmes dispositifs. La figure 2 A montre l’EQE pour les nouveaux résultats de module de cellule OPV et de pérovskite, la figure 2 B illustrant leurs courbes de JV actuelles. La figure 3, A, B, montre les courbes EQE et JV correspondantes pour les nouveaux résultats de cellules à deux jonctions et deux terminaux.

Figure 1

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A, Efficacité quantique externe (EQE) pour les résultats des nouvelles cellules GaAs et CZTSSe rapportés dans ce numéro; B, courbes de densité de courant et de tension (JV) correspondantes pour les mêmes appareils [Vous pouvez visualiser le chiffre des couleurs sur wileyonlinelibrary.com ]

Figure 2

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A, Efficacité quantique externe (EQE) pour les nouveaux résultats de VPO et de cellules pérovskite rapportés dans ce numéro; B, courbes de densité de courant / tension (JV) correspondantes [Le chiffre des couleurs peut être consulté à l' adresse wileyonlinelibrary.com ]

figure 3

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A, Efficacité quantique externe (EQE) des nouveaux résultats de cellules multijonctions rapportés dans ce numéro (certains résultats normalisés); B, courbes correspondantes de densité de courant et de tension (JV) [Le chiffre des couleurs peut être consulté à l' adresse wileyonlinelibrary.com ]

3 AVERTISSEMENT

Bien que les informations fournies dans les tableaux soient fournies de bonne foi, les auteurs, les éditeurs et les éditeurs ne peuvent être tenus pour responsables des erreurs ou omissions éventuelles.

RECONNAISSANCE

Le Centre australien pour les systèmes photovoltaïques avancés a commencé ses activités en février 2013 avec le soutien du gouvernement australien par l'intermédiaire de l'Agence australienne des énergies renouvelables (ARENA). Le gouvernement australien n'accepte aucune responsabilité pour les points de vue, les informations ou les conseils exprimés dans le présent document. Les travaux de D. Levi ont été soutenus par le département américain de l'Énergie dans le cadre du contrat n ° DE ‐ AC36‐08-GO28308 conclu avec le Laboratoire national des énergies renouvelables. Les travaux de l’AIST ont été financés en partie par l’Organisation japonaise pour le développement de la nouvelle énergie et des technologies industrielles (NEDO) relevant du Ministère de l’économie, du commerce et de l’industrie (METI).