L'UNSW et DAS Solar proposent des critères de découpe, réduisant les pertes d'efficacité de 50 %

fr.wedoany.com Rapport : L'équipe conjointe de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) et du fabricant photovoltaïque DAS Solar a étudié l'impact de la découpe au laser sur les performances des cellules solaires en silicium à contact arrière TOPCon (TBC), identifié les principaux mécanismes de perte liés à la découpe, et proposé des critères de conception pratiques visant à supprimer la dégradation de l'efficacité en optimisant la position de découpe. Les résultats ont été publiés dans la revue Solar Energy sous le titre « Découpe dans la zone de gap simulée pour supprimer les pertes de recombinaison en bordure dans les cellules solaires à contact arrière à oxyde tunnelisé et passivé ».

La découpe des cellules pleine taille en demi-cellules, tiers de cellules ou quarts de cellules permet de réduire les pertes résistives, qui varient quadratiquement avec la longueur de la cellule, et ce procédé est déjà une étape standard dans la fabrication des modules en silicium cristallin. Cependant, le sciage au laser expose des bords nus non passivés, créant des liaisons pendantes et des défauts, ce qui augmente nettement le taux de recombinaison des porteurs. L'équipe a utilisé le logiciel de simulation numérique de cellules solaires Quokka3 pour évaluer les configurations en demi-cellules, tiers de cellules et quarts de cellules, en intégrant dans l'analyse les écarts réels de position de découpe au laser dans la zone de gap de conception. Ce logiciel permet de modéliser le comportement électrique des dispositifs photovoltaïques, couvrant la génération et la recombinaison des porteurs, le transport du courant et les pertes résistives distribuées.

Le professeur Martin Green de l'UNSW a indiqué à pv magazine que la perte d'efficacité induite par la recombinaison en bordure due à la découpe augmente linéairement avec le rapport entre la longueur du bord découpé et la surface effective de la cellule ; découper dans le gap entre les contacts de type n et de type p permet de réduire la perte d'efficacité d'environ 50 % par rapport à une découpe dans la zone de contact de type p. Parmi les positions de découpe évaluées, la découpe dans la zone de gap produit la perte d'efficacité la plus faible, car le bord découpé est spatialement séparé des régions d'émetteur fortement dopé et de champ arrière (BSF), limitant l'interaction entre la surface de silicium non passivée nouvellement exposée et les jonctions sélectives aux porteurs, réduisant ainsi la recombinaison induite en bordure. En revanche, la découpe dans la zone d'émetteur entraîne la dégradation d'efficacité la plus marquée, car le bord découpé au laser expose directement la zone de charge d'espace de l'émetteur ; cette jonction exposée est très sujette à la recombinaison, ce qui fait que les électrons et les trous photogénérés se recombinent au bord découpé, réduisant le nombre de porteurs effectifs collectables.

Les résultats de simulation montrent également qu'en conditions de faible irradiance, les pertes d'efficacité des cellules découpées sont plus importantes en raison de l'augmentation des pertes résistives et de la recombinaison liée au transport diffusif des trous. Lorsque l'intensité lumineuse diminue, les porteurs photogénérés sont plus susceptibles de diffuser latéralement vers le bord découpé à activité recombinante avant d'être collectés, et la diminution de la concentration des porteurs accroît l'impact relatif des pertes résistives, augmentant la résistance série effective associée au transport latéral des trous. Par conséquent, dans des conditions de fonctionnement à faible luminosité, les pertes d'efficacité induites par la découpe deviennent nettement plus sévères. L'étude a également déterminé une largeur de gap post-découpe optimale d'environ 0,3 mm pour minimiser les pertes d'efficacité totales. Green a indiqué que cette recherche établit des critères de conception pratiques pour la fabrication industrielle de cellules TBC découpées, et qu'une découpe optimisée dans la zone de gap peut considérablement atténuer les pertes de recombinaison induites par la découpe, sans nécessiter de traitement supplémentaire de passivation des bords.

Cette recherche a été soutenue par DAS Solar et l'Agence australienne des énergies renouvelables (ARENA). DAS Solar serait la première entreprise à avoir mis en production une fabrication TOPCon à l'échelle du gigawatt. L'UNSW et DAS Solar avaient précédemment collaboré à la fabrication d'une cellule TBC avec une efficacité de conversion de puissance de 27 %, basée sur une conception à zéro barre buse (ZBB), nécessitant une teneur en argent (Ag) de métallisation nettement réduite.