Premières cellules solaires TOPCon adaptées aux missions spatiales

Les deux principales technologies avancées à base de silicium qui sont en train de remplacer la cellule PERC standard, pour les utilisations terrestres, sont les cellules Hétérojonction (SHJ) et TOPCon. Toutes deux comportent des contacts passivés et sont généralement fabriquées à partir de plaquettes de silicium de type n.

Dans l'espace, les cellules solaires silicium subissent des dommages induits par l'irradiation par des électrons et des protons. Il existe trois conditions préalables pour limiter ces dégradations : un substrat de type p, des émetteurs positionnés sur la face avant (face éclairée) de la cellule et des plaquettes minces. Outre l'amélioration de la résistance aux irradiations, les plaquettes minces offrent des valeurs ajoutées intéressantes, telles que des générateurs solaires plus légers et des systèmes photovoltaïques flexibles. 

Dans une communication1 récente, le CEA a présenté ses derniers développements sur les cellules SHJ pour les applications spatiales. Il est intéressant de noter que l'adaptation de la cellule SHJ aux principales conditions requises pour les missions spatiales est assez directe. En effet, grâce à l'utilisation d'un substrat dopé au gallium (type p), la cellule dispose d'un émetteur situé en face avant. De plus, l'architecture de la cellule (structure symétrique) et son processus de fabrication (basse température, plaquettes reposant sur des plateaux) sont compatibles avec des plaquettes très fines (~60 µm).

L'adaptation des cellules TOPCon aux missions spatiales pose plus de défis. En effet, avec les plaquettes de type p, la cellule présente un émetteur arrière. De plus, le processus de fabrication des cellules est moins adapté aux plaquettes très fines (étapes à haute température, structure asymétrique). Dans le cadre du projet CARLAH2, soutenu par l'Agence spatiale européenne (ESA), le CEA développe un dispositif TOPCon alternatif conforme aux conditions requises pour les missions spatiales.

Cette activité de R&D a été soutenue par le contrat « Discovery element » de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) N° 4000138622. Cet article reflète uniquement les vues de l’auteur et non celles de l’ESA. L’ESA décline toute responsabilité quant à l’usage qui pourrait être fait des informations qui y sont contenues.