Des cellules solaires à hétérojonction avec une consommation d’argent inférieure à 2 mg/W

Des chercheurs de l’institut allemand Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire travaillent à la réduction de l’utilisation de l’argent dans les dispositifs photovoltaïques à hétérojonction dans le cadre d’un vaste projet de recherche. Parmi leurs récentes réalisations figure la fabrication d’une cellule à hétérojonction nécessitant une consommation minimale d’argent de seulement 1,4 mg par watt.

avril 17, 2025 Emiliano Bellini

Image : Fraunhofer ISE

D’après pv magazine International

La réduction de l’utilisation d’argent dans les cellules photovoltaïques continue de mobiliser la communauté scientifique. Tandis que l’INES-CEA a récemment dévoilé une technologie d’interconnexion de modules PV réduisant l’utilisation d’argent de 26 %, c’est au tour de l’Institut allemand Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (Fraunhofer ISE) de présenter l’avancement de ses travaux sur la consommation d’argent pour les cellules solaires à hétérojonction au silicium (HJT), dans le cadre du projet de recherche HIT financé par le Ministère fédéral allemand de l’Économie et de la Protection du Climat. « Dans ce cadre, le Fraunhofer ISE a étudié plusieurs approches de métallisation utilisant des pâtes d’argent-cuivre et de cuivre sérigraphiées sur des cellules solaires HJT, a déclaré Andreas Lorenz, responsable du projet, à pv magazine. Notre objectif est de réduire fortement la consommation d’argent tout en obtenant un rendement de conversion élevé, grâce à une performance optique et électrique optimale des motifs de métallisation imprimés ».

Selon le chercheur, atteindre cet objectif est possible si des lignes très fines peuvent être réalisées, notamment sur la face avant de la cellule, en utilisant des pâtes à faible teneur en argent, et en réduisant fortement, voire en éliminant complètement l’argent sur la face arrière grâce à l’utilisation de pâte de cuivre pur. « Pour réaliser de telles lignes fines en sérigraphie, de nouvelles configurations de tamis avec des mailles ultra-fines peuvent être avantageuses afin de produire des contacts ultra-fins et uniformes, ajoute-t-il. Nous avons développé un modèle pour calculer, comparer et optimiser l’utilisation effective de l’argent selon différentes configurations de tamis. Il a été démontré qu’elle peut être doublée en utilisant des pâtes de métallisation à base d’argent et de cuivre avec de nouveaux tamis au lieu de pâtes uniquement à base d’argent ».

Pas encore d’économies chiffrées

Grâce à l’outil de simulation GridMaster du Fraunhofer ISE, les chercheurs ont mené une série de simulations avec différentes variantes de métallisation pour concevoir des cellules solaires à haut rendement avec une consommation minimale d’argent. L’expérience a montré que la métallisation conventionnelle avec pâte d’argent à l’avant et à l’arrière pouvait être progressivement remplacée par des pâtes AgCu et Cu pur, et qu’une métallisation à lignes ultra-fines, avec des ouvertures allant jusqu’à 13 µm, pouvait être imprimée à l’aide de nouveaux tamis ultra-fins fournis par la société japonaise Asada Mesh Co. Ltd. « Une combinaison optimale de pâte AgCu à l’avant et de pâte Cu pur à l’arrière, associée à un processus d’impression à lignes fines optimisé, a permis de produire des cellules solaires HJT très efficaces avec une consommation minimale d’argent de seulement 1,4 mg/W, explique Andreas Lorenz. Cela signifie que l’objectif à long terme d’une consommation d’argent inférieure à 2 mg/W a été démontré avec succès pour la première fois. »

Les cellules solaires ainsi produites ont même affiché une efficacité supérieure à celle des cellules de référence métallisées à l’argent avec une consommation minimale. « L’augmentation relative de l’efficacité sur les cellules économisant l’argent, avec une métallisation AgCu et Cu, est de 0,9 %, avance le chercheur Sebastian Pingel du Fraunhofer ISE. Nous avons obtenu ce résultat en imprimant des lignes plus fines avec une ouverture de 17 µm au lieu de 20 µm sur la face avant, avec AgCu à la place de l’Ag, et Cu à la place de l’Ag sur la face arrière ».

« Malheureusement, nous n’avons pas calculé les éventuelles économies en coûts de fabrication, a précisé Andreas Lorenz interrogé sur ce point. Ce serait possible de le faire, mais ce n’est pas si simple, car l’ensemble du processus de production doit être pris en compte pour une analyse fiable du coût de revient. Cependant, le potentiel d’économie est important, car le coût de la métallisation à l’argent représente une part significative du coût total ».

« Les prochaines étapes au Fraunhofer ISE porteront sur la réduction supplémentaire de la largeur des doigts imprimés et l’évaluation de la fiabilité et de la stabilité à long terme de cette nouvelle métallisation au sein du module », a-t-il conclu. Récemment, la même équipe de recherche a également démontré comment réduire la consommation d’argent pour les cellules HJT par sérigraphie en utilisant une pâte basse température à base d’argent, de particules de cuivre revêtues d’argent ou de cuivre pur. Leurs résultats sont publiés dans l’article “Transition from silver- to copper-based screen printed SHJ solar cells” récemment paru dans la revue Solar Energy Materials and Solar Cells.

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