Le CNR teste une tuile solaire bifaciale à séparation spectrale

Sur une terrasse au sol carrelé de céramique à Catane, en Italie, une petite tuile solaire a subi quatre journées d’essais ensoleillées entre la fin mai et la mi-juillet 2025. Des chercheurs des laboratoires CNR-IMM du Conseil national italien de la recherche cherchaient un meilleur moyen d’exploiter la lumière solaire qui serait autrement perdue ou bloquée à l’intérieur d’un module. Leur prototype est une tuile photovoltaïque à quatre bornes : une conception 4T dans laquelle les deux cellules solaires fonctionnent via des connexions électriques distinctes.

La tuile trie la lumière solaire avant sa conversion. Un prisme en coin à angle droit fabriqué en verre Schott N-BK7 guide la lumière, tandis que des miroirs dichroïques — des miroirs optiques qui réfléchissent certaines longueurs d’onde et en transmettent d’autres — dirigent la lumière visible vers une cellule en arséniure de gallium de 2,0 cm × 2,0 cm et le rayonnement infrarouge vers une cellule bifaciale en silicium à hétérojonction de 6,8 cm × 2,0 cm. La cellule en silicium affiche un rendement d’environ 24 % et une bifacialité de 90 %, ce qui signifie qu’elle peut produire de l’électricité grâce à la lumière atteignant sa face arrière.

C’est cette orientation qui constitue le principe de la conception. L’arrière de la cellule en silicium à faible largeur de bande interdite est orienté vers le sud pour capter l’albédo, c’est-à-dire la lumière réfléchie par le sol, tandis que la cellule en GaAs est positionnée à 90 degrés afin de réduire l’auto-ombrage du module et l’emprise au sol. Les chercheurs ont fixé la longueur d’onde seuil des miroirs à 805 nm, là où se croisent les courbes de rendement quantique externe des cellules, afin que chacune reçoive la partie du spectre qu’elle est la mieux adaptée à convertir.

Les mesures en extérieur ont mis en évidence un résultat net du côté du silicium : le photocourant mesuré a augmenté d’environ 7 % le matin et en fin d’après-midi autour du solstice d’été, à la latitude du site d’essai. La meilleure hausse en fonctionnement bifacial a été obtenue à une hauteur libre de 19 cm. La production du silicium est restée relativement stable, tandis que celle de la cellule en GaAs a davantage varié au cours de la journée, car elle accepte la lumière sur une plage d’angles plus étroite.

Qu’est-ce que cela change en pratique ? Cette architecture pourrait aider les installations solaires à produire davantage d’électricité sur une surface donnée, tout en utilisant des supports relativement peu impactants, notamment lorsque de la lumière réfléchie par le sol est disponible et que les panneaux peuvent être installés près de la surface. Mais il s’agit encore d’un prototype, et non d’un module commercial : son ratio maximal de puissance optique était d’environ 62 %, contre plus de 90 % dans les simulations de la conception idéale, et les espaces d’air entre le prisme, les miroirs et les cellules ont ajouté des pertes. Les mesures du CNR ont suivi dans les grandes lignes les principes de la norme IEC 60904-2, même si une conformité complète n’était pas possible pour ce format 4T inhabituel.