Le masquage des bords améliore le rendement des cellules solaires

Des chercheurs du fabricant chinois de panneaux solaires Longi ont démontré que le masquage des bords améliore le rendement mesuré des cellules solaires à hétérojonction à contacts arrière, en limitant la recombinaison des porteurs de charge au niveau des bords. Les simulations suggèrent que la métallisation sélective pourrait encore augmenter le rendement, de 26,85 % jusqu'à un maximum théorique de 27,39 %.

Fonctionnement du masquage des bords

Le masquage des bords est une technique de mesure en laboratoire qui consiste à recouvrir le pourtour d'une cellule solaire d'un matériau opaque afin d'empêcher l'éclairement de ses bords. Cette méthode réduit les pertes par recombinaison et peut ainsi augmenter le rendement de conversion mesuré, en limitant le transport latéral des porteurs de charge.

Motivation pratique de l'étude

Genshun Wang, chercheur chez Longi, a expliqué que leur point de départ était une question pratique concernant la mesure du rendement. Dans une étude précédente portant sur des cellules à contacts arrière à haut rendement, ils ont constaté que le bord de la plaquette constituait une voie importante de pertes de courant. Le masquage des bords lors des essais a sensiblement augmenté le rendement mesuré : 26,74 % sur la surface totale, contre 27,09 % sur la zone éclairée définie.

Comprendre les mécanismes physiques

Le scientifique a noté que, bien que le masquage des bords soit largement utilisé pour mesurer les rendements records des cellules solaires, en particulier pour les dispositifs de petite surface, ses mécanismes physiques sous-jacents restent mal compris. Les études précédentes considéraient la zone masquée soit comme un simple écran géométrique, soit comme un puits de pertes obscur dans un circuit électrique équivalent, sans véritablement examiner les mécanismes de transport des porteurs de charge.

Le masquage crée une zone résistive

Dans leur article intitulé « L'influence du masquage des bords sur les performances optoélectroniques des cellules solaires en silicium à contacts arrière », publié dans la revue Solar Energy Materials and Solar Cells, les chercheurs montrent que le masquage crée une zone sombre et résistive qui limite le déplacement des porteurs de charge vers le périmètre de la cellule. Cette transition entre une zone éclairée et une zone sombre renforce ce qu'ils appellent une « barrière résistive ».

Modifier la métallisation pour de meilleures performances

Les chercheurs ont également étudié si la modification de la configuration de la métallisation pouvait améliorer davantage les performances de la cellule. Leur modèle prévoit que la suppression de la métallisation dans la zone masquée, c'est-à-dire la métallisation sélective, réduit le chemin de transport résiduel le long des lignes de grille et isole la charge parasite du bord sombre, ce qui améliore à la fois le facteur de forme et la tension en circuit ouvert.

Limites de l'approche

Toutefois, le chercheur souligne que cette approche est destinée à la caractérisation en laboratoire, et non à la production commerciale. Il convient de préciser qu'il ne s'agit pas d'une technologie de production. La métallisation sélective complique le procédé, tandis que la zone masquée ne produit aucune puissance, ce qui réduit l'utilisation globale de la surface de la cellule. En pratique, il s'agit d'une méthode d'essai en laboratoire : en éliminant la contribution des bords, elle permet une évaluation plus fiable des autres sources de pertes.

Largeur optimale du masquage

L'analyse des chercheurs montre que le masquage du pourtour de la cellule réduit les pertes par recombinaison au niveau des bords et améliore le rendement de conversion de l'énergie solaire, principalement par une augmentation du facteur de forme. L'effet est plus prononcé sur les cellules sans passivation de bord, pour lesquelles le gain de rendement atteint environ 0,2 point de pourcentage. Les expériences ont permis d'identifier une largeur de masquage optimale de 5 mm.

Des simulations révèlent des informations clés

À l'aide de simulations réalisées avec le logiciel Quokka 3, l'équipe a montré que le masquage crée, près du pourtour de la cellule, une transition entre une zone éclairée et conductrice et une zone sombre et résistive. Cette transition renforce une barrière résistive qui limite le transport latéral des porteurs de charge vers le bord physique, réduisant ainsi les pertes par recombinaison. Des simulations complémentaires ont révélé que les porteurs de charge peuvent néanmoins atteindre la zone masquée en suivant les lignes métalliques de la grille de contact, ce qui limite les gains de rendement.