BSC – Cellules Solaires Bifaciales : Histoire de la cellule solaire bifaciale ou double surface

Publié le: 22 janvier 2022 / mise à jour de: 24 février 2023 - Auteur: Konrad Wolfenstein

Histoire de la cellule solaire biface ou à deux surfaces - Image : Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com

Une cellule solaire au silicium a été brevetée pour la première fois par Russell Ohl en 1946 alors qu'il travaillait aux Bell Labs et démontrée publiquement par Fuller, Chapin et Pearson dans le même centre de recherche en 1954 ; Cependant, ces premières propositions concernaient des cellules monofaciales dont l’arrière n’était pas destiné à être actif.

La première cellule solaire biface théoriquement proposée se trouve dans un brevet japonais avec une date de priorité du 4 octobre 1960 par Hiroshi Mori, qui a travaillé pour la société Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), qui a ensuite développé dans la Sharp Corporation d'aujourd'hui. La cellule proposée était une structure à double cellule PNP avec des électrodes de contact sur deux bords opposés.

Cependant, les premières démonstrations de cellules et de panneaux solaires bifaciaux ont été réalisées dans le cadre du programme spatial soviétique dans les stations spatiales militaires LEO Salyut 3 (1974) et Salyut 5 (1976). Ces cellules solaires bifaciales ont été développées par Bordina et al. développé et fabriqué au VNIIT (All Union Scientific Research Institute of Energy Sources) à Moscou, devenu le fabricant russe de cellules solaires KVANT en 1975. En 1974, cette équipe dépose un brevet américain proposant les cellules sous forme de mini-tuyaux parallèles d'une taille maximale de 1 mm x 1 mm x 1 mm, connectés en série pour fournir 100 cellules/cm2. Comme pour les BSC actuels, ils ont proposé l'utilisation de composés isotypiques pp+ à proximité de l'une des surfaces réceptrices de lumière. Dans Salyut 3, de petits panneaux expérimentaux d'une surface cellulaire totale de 24 cm2 ont montré une augmentation de la production d'énergie par révolution de satellite due à l'albédo terrestre jusqu'à 34 % par rapport aux panneaux monofaciaux de l'époque. Lors du vol de la station spatiale Salyut 5, un gain de 17 à 45 % a été observé en utilisant des panneaux bifaciaux (0,48 m2 - 40 W).

Parallèlement à ces recherches russes, de l'autre côté du rideau de fer, le laboratoire de semi-conducteurs de l'École d'ingénierie des télécommunications de l'Université technique de Madrid, dirigé par le professeur Antonio Luque, mène de manière indépendante un vaste programme de recherche visant à développer des cellules solaires bifaces. Alors que le brevet de Mori et les prototypes VNIIT-KVANT du vaisseau spatial étaient basés sur de minuscules cellules sans grille métallique à la surface et étaient donc étroitement liés, plus dans le style des dispositifs microélectroniques qu'à leurs débuts, Luque aura deux brevets espagnols. en 1976 et 1977 et une aux États-Unis en 1977, précurseurs des cellules bifaciales modernes. Les brevets de Luque ont été les premiers à proposer des BSC avec une cellule par plaquette de silicium, comme c'était le cas des cellules monofaciales à l'époque et c'est encore le cas aujourd'hui, avec des grilles métalliques sur les deux surfaces. Ils ont considéré à la fois la structure npp+ et les structures pnp.

Le développement de BSC dans le laboratoire semi-conducteur a été abordé dans une approche triple, qui a conduit à trois thèses de doctorat, écrits par Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) et Jesús Sangrador (1982), les deux premiers de Luque examinés par Dr. Gabriel Sala du même groupe. La thèse de doctorat par Cuevas consistait en la construction du premier brevet de Luque à partir de 1976, qui a été appelée «transcelle» en raison de sa structure NPN de type transistor. Dans sa thèse, Egure a traité de la démonstration du deuxième brevet de Luque de 1977 avec un profil de npp +, dans lequel la transition PP + Isotopie à côté de l'arrière de la cellule est, ce qui crée ce qui est généralement appelé «champ de surface arrière» (BSF) dans la technologie des cellules solaires. Ce travail a conduit à plusieurs publications et à des brevets supplémentaires. En particulier, l'effet avantageux de la réduction de la dopage de P dans la base, dans laquelle la réduction de la tension de la transition de l'émetteur (transition avant PN) a été compensée par une augmentation de tension dans la transition isotypique arrière, tandis qu'en même temps, une longueur de diffusion plus élevée des supports minoritaires a été rendue possible, qui augmente le prélèvement d'électricité avec un éclairage bifacial. Dans la dissertation de Sangrador et le troisième chemin de développement à l'Université technique de Madrid, la cellule solaire multiple verticale So-appelée, a été suggérée, dans laquelle P + Nn + sont empilés et basés en ligne et sont illuminés par leurs bords, qui sont des cellules à haute voix qui ne nécessitent aucune grille de métal de surface pour l'extraction de l'électricité.

En 1979, le laboratoire de semi-conducteurs a été transformé en Institut de l'énergie solaire (IES-UPM), qui, avec Luque comme premier directeur, a poursuivi des recherches intensives sur les cellules solaires bifaciales jusqu'à la première décennie du XXIe siècle. Par exemple, en 1994 , deux étudiants brésiliens diplômés de l'Institut de l'Énergie Solaire, Adriano, ont développé et produit Moehlecke et Izete Zanesco, en collaboration avec Luque, ont développé une cellule solaire bifaciale qui a réalisé 18,1% à l'avant et 19,1% à l'arrière ; un record bifacial de 103 % (à l'époque, l'efficacité record pour les cellules monofaciales était d'un peu moins de 22 %).

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Source * 21012022-1