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Cellules grandes surfaces pour l’étude des performances de cellules solaires spatiales du futur

Différents projets relatifs aux effets d’irradiation sur les propriétés caractéristiques de cellules solaires triple-jonctions (TJ) ont été développés sur la plateforme d’irradiation SIRIUS depuis 2013. Le premier projet a consisté en une collaboration avec l’ESA ESTEC et Azurspace Solar Power GmbH pour la préparation de la mission d’exploration JUICE de l’ESA.
L’objectif était de comprendre l’influence de l’irradiation sur des cellules solaires TJ à base de GaInP/GaAs/Ge dans des conditions de faible irradiance (3,7 % du spectre solaire de référence AM0) et de basse température (120 K). L’étude des propriétés électriques a montré une dégradation significative de leurs performances à basse température (cf. figure), corrélée à un courant tunnel apparaissant dans les jonctions, après irradiation avec des électrons.

 
Caractéristiques courant-tension de cellules solaires GaInP/GaAs/Ge avant (BOL) et après irradiation (EOL) avec des électrons de 1 MeV à 123 K (pointillés) ou à 300 K (traits pleins). Diminution significative de la puissance maximale (Pmp) délivrée par les cellules irradiées à basse température, partiellement réversible après un recuit à 300 K.

Ce travail a également révélé que chacune des trois sous-couches des cellules solaires TJ peut devenir la couche limitante en terme de courant délivré, selon les conditions de fluence et de température d’irradiation. Deux projets H2020 : SiLaSpaCe et Radhard ont également vu le jour. Le premier, regroupant Fraunhofer ISE, Azurspace Solar Power GmbH, Umicore et le CEA, a pour but de développer la prochaine génération de cellules solaires GaInP/GaInAs/Ge offrant une meilleure stabilité sous irradiation et une efficacité de conversion électrique accrue. Le second, impliquant les mêmes partenaires, se consacre au développement d’une nouvelle architecture de cellules solaires à quatre jonctions.