Alors que l'industrie solaire s'accélère vers une plus grande efficacité et des durées de vie opérationnelles plus longues, la technologie solaire à hétérojonction (HJT) est devenue l'un des principaux candidats pour les systèmes photovoltaïques de nouvelle-génération. Cependant, un obstacle technique persistant -la dégradation induite par les ultraviolets (UV)--a limité la durabilité-dans le monde réel des modules HJT. Aujourd'hui, une nouvelle vague d'innovations centrée surRétrogradation UVetBlocage des UVest sur le point de surmonter ce goulot d'étranglement, en libérant tout le potentiel des cellules HJT pour un déploiement de masse.
Les panneaux solaires à hétérojonction sont constitués de silicium cristallin associé à de fines couches de silicium amorphe (non -cristallin). En conséquence, ces panneaux ont un gain/perte d'efficacité élevé et des caractéristiques de température améliorées par rapport aux panneaux solaires PERC traditionnels (émetteur passivé, cellule arrière). Pourtant, les sensibilités aux UV du HJT (hétérojonction) restent un problème. Les cellules HJT et leurs couches d'interface sensibles (par exemple, TCO - oxyde conducteur transparent) sont toutes deux affectées par un vieillissement accéléré lorsqu'elles sont exposées à des photons UV à haute énergie -. De plus, les porteurs de charge des cellules HJT peuvent avoir moins de charges collectées par les cellules HJT, la perte accrue de porteurs de charge et/ou une augmentation des taux de recombinaison des porteurs de charge entraînant une diminution de la puissance de sortie de ces cellules HJT.
En établissant des solutions pour atténuer les dommages causés par les rayons UV sur la structure du panneau HJT, les chercheurs et les fabricants ont travaillé ensemble sur deux stratégies distinctes pour améliorer les performances optiques du panneau HJT, ce qui contribuera à atténuer les dommages causés par les UV sur la structure du panneau HJT. Les stratégies sont complémentaires les unes des autres, dans la manière dont chacune empêche la lumière ultraviolette d'endommager la structure du panneau HJT.
Rétrogradation des UV : conversion des rayons nocifs en lumière utile
La rétrogradation UV implique l'intégration de matériaux luminescents spécialisés-souvent des phosphores à base de terres rares-ou de points quantiques avancés-dans l'encapsulant ou la couche d'encapsulant avant du module. Ces matériaux absorbent des photons UV à haute -énergie (généralement 280 à 400 nm) et les réémettent-sous forme de lumière visible à plus faible-énergie (généralement verte, jaune ou rouge), que les cellules HJT peuvent convertir efficacement en électricité.
Selon le Dr Elena Marchetti, chercheuse principale en photovoltaïque au Centre européen d'innovation solaire, "le rétrogradage transforme efficacement une voie de dégradation parasite en un atout de performance. Au lieu de laisser les photons UV endommager le TCO ou les couches -Si:H, nous les convertissons en photons utiles qui contribuent à la génération actuelle." Les premiers tests sur le terrain ont montré que les modules dotés d'encapsulants de rétrogradation optimisés peuvent réduire la dégradation induite par les UV-jusqu'à 65 % tout en gagnant 1,5 à 2,8 % en courant de court-en raison de la lumière visible convertie supplémentaire.
Les avancées récentes incluent l'utilisation de cadres organométalliques dopés à l'europium-et de points quantiques de pérovskite sans plomb-qui offrent des rendements quantiques de photoluminescence élevés et une excellente stabilité-à long terme. Ces couches de rétrogradation sont intégrées dans les encapsulants à la fois en éthylène-acétate de vinyle (EVA) et en élastomère polyoléfine (POE), sans compromettre la clarté optique ou l'adhésion.
Blocage des UV : une approche de barrière sélective
Le blocage des UV est effectué en empêchant les photons UV d'atteindre les couches cellulaires sensibles du module, ce qui en fait un moyen plus direct d'atteindre cet objectif, mais la simple utilisation d'un absorbeur UV standard n'est pas adéquate. Les bloqueurs conventionnels réduisent généralement les ressources solaires pour la production d'électricité en supprimant une partie de la zone du spectre bleu -violet (moins de 450 nm).
Next-generation UV-blocking films use multilayer interference coatings or hybrid organic-inorganic barriers that selectively reflect or absorb UV light (280 nm to 380 nm), while allowing >95 % de la lumière visible et proche infrarouge (400 nm à 1 200 nm) passe. Ces films peuvent être ajoutés à la vitre avant du module solaire ou comme couche intermédiaire indépendante.
Un exemple de cette technologie est le verre frontal à revêtement anti-UV- développé conjointement par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire et un grand fabricant de verre. Ce verre avant à revêtement anti-UV réduit la transmission des UV à<3% of the total incident light while maintaining 96% of the visible light transmission. Accelerated aging tests (IEC 61215) using HJT modules with UV-blocking front glass show that the retained power after 2,000 hours of UV exposure is 94% as compared with only 79% for control modules with standard glass.
Synergie et perspectives commerciales
Les derniers développements en matière de technologie de protection UV indiquent qu'une approche combinée impliquant à la fois des films bloquant les UV et des encapsulants rétrogradants offre la meilleure solution pour maximiser la durée de vie utile et le rendement énergétique total des modules solaires photovoltaïques (PV). Le premier niveau de protection est obtenu en plaçant un film bloquant les UV-sur la surface du module photovoltaïque, ce qui empêchera la plupart des photons UV de pénétrer à travers cette couche. Toute lumière UV qui traverse cette barrière sera capturée et convertie en lumière visible inoffensive à l’aide d’un encapsulant rétrogradant. Cette conception à deux -couches offre une protection maximale au module photovoltaïque, ce qui entraîne à la fois une durée de vie plus longue du module et un rendement énergétique total accru.
Les principaux fabricants d'équipements photovoltaïques suivants ont commencé la production pilote de modules HJT dotés de techniques de protection UV : divers fabricants en Europe et divers fabricants en Chine. Selon les premières projections, le coût supplémentaire du matériel pour ces deux techniques de protection contre les UV sera d'environ 1,20 à 1,80 $ par module HJT ; ce surcoût matériel devrait être compensé par l'augmentation de l'efficacité obtenue de 0,8% à 1,5% et par l'allongement de la durée de vie utile des modules de 25 ans à 30 ans ou plus. Ainsi, l'utilisation de modules HJT réduira le coût actualisé de l'électricité (LCOE) et offrira un meilleur retour sur investissement pour les projets à l'échelle des services publics-.
"La rétrogradation et le blocage des UV ne sont plus seulement des exercices académiques", déclare Mark Chen, directeur produit chez l'un des principaux fabricants chinois de modules HJT. "Ils sont suffisamment matures pour être commercialisés. Nous prévoyons que d'ici 2028, plus de la moitié de tous les modules HJT haut de gamme seront livrés avec une forme de technologie de gestion UV."
Conclusion
Alors que le secteur de l'énergie solaire s'efforce d'atteindre un rendement de 30 % et une durée de vie des modules de 40- ans, il est impératif de trouver des solutions à la détérioration des modules à hétérojonction par l'exposition aux UV. La double progression des matériaux luminescents rétrogradés ainsi que les revêtements bloquant les UV plus précis créent une voie très claire et fonctionnelle pour y parvenir. En protégeant les interfaces sensibles des modules HJT, ces technologies contribuent à permettre la prochaine génération de parcs solaires, à la fois en termes de longévité et de production d'énergie, ainsi qu'en fournissant une électricité plus propre à moindre coût. Le moment est venu pour les véritables photovoltaïques à hétérojonction durables !
