Amélioration du revêtement d’une cellule solaire à pérovskite en tandem
Des chercheurs chinois ont mis au point deux méthodes différentes de protection des cellules en pérovskite afin de prolonger la durée de vie des panneaux solaires en tandem.
Le développement de cellules solaires tandem pérovskite/silicium monolithiques à grande échelle basées sur des tranches de silicium industrielles devra probablement adopter une architecture texturée sur les deux faces, compte tenu de leurs avantages optiques et de leurs faibles coûts de fabrication.
Les plaquettes de silicium produites par le procédé Czochralski avec des éléments structuraux pyramidaux à l’échelle du micromètre sur leurs surfaces sont nettement moins chères que les plaquettes polycristallines avec fusion par zone. Les micro-textures issues du procédé Czochralski permettent de mieux capter la lumière car elles sont moins réfléchissantes qu’une surface lisse. Cependant, le processus de revêtement de ces plaquettes avec de la pérovskite entraîne de nombreux défauts dans le réseau cristallin, ce qui affecte les propriétés électroniques.
Cependant, les stratégies d’ingénierie de surface largement utilisées pour les pérovskites afin de réguler les propriétés de l’interface ne sont pas directement applicables aux textures micrométriques.
passivation de surface par revêtement pulvérisé
Une équipe de l’Institut de photovoltaïque de l’École de physique et de science des matériaux de l’université de Nanchang a mis au point une passivation de surface par revêtement en pulvérisation dynamique (DSC) d’un matériau thiophénylammonium fluoré. Cette méthode permet d’obtenir un dépôt conforme et de réduire les problèmes liés à une surface texturée.
Puissance stabilisé certifié de 30,89 %
Ce traitement DSC permet aux cellules tandem basées sur des plaquettes de silicium industrielles d’atteindre un rendement de conversion de puissance stabilisé certifié de 30,89 %. Les dispositifs encapsulés ont également conservé plus de 97 % de leurs performances initiales après 600 heures d’utilisation continue.
Dans le cadre d’une autre recherche menée à Hong Kong, des chercheurs ont également mis au point un traitement moléculaire qui améliore considérablement l’efficacité et la durabilité des cellules solaires en pérovskite.
Une équipe de l’école d’ingénierie de l’université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a identifié les paramètres critiques qui déterminent les performances et la durée de vie des pérovskites halogénées, un matériau photovoltaïque de nouvelle génération qui s’est imposé comme l’un des matériaux les plus prometteurs pour les dispositifs photovoltaïques en raison de sa structure cristalline unique.
L’équipe a collaboré avec l’Université d’Oxford et l’Université de Sheffield au Royaume-Uni pour étudier différentes approches de passivation afin de réduire le nombre de défauts dans la cellule pérovskite et d’augmenter ainsi les performances et la durée de vie des panneaux.
Pour la première fois, l’équipe de recherche a montré comment différents types d’amines (primaires, secondaires et tertiaires) et leurs combinaisons peuvent améliorer les surfaces des films de pérovskite où se forment de nombreux défauts.
Une conception qui maximise l’utilisation du spectre solaire
« Cette approche est cruciale pour le développement de cellules solaires en tandem, qui combinent plusieurs couches de matériaux photoactifs avec des bandes interdites différentes. La conception maximise l’utilisation du spectre solaire en absorbant différentes parties de la lumière du soleil dans chaque couche, ce qui permet d’obtenir un rendement global plus élevé », a déclaré le professeur adjoint Yen-Hung Lin, du département d’ingénierie électronique et informatique.
Dans leur démonstration de cellules solaires, l’équipe a fabriqué des dispositifs de taille moyenne (0,25 cm²) et de grande taille (1 cm²). L’expérience a permis d’obtenir une faible perte de photovoltage sur une large gamme de bandes interdites, tout en maintenant une tension de sortie élevée. Les cellules ont montré une stabilité opérationnelle significative pour les cellules passivées à l’amino-silane selon le protocole du Sommet international sur les cellules solaires organiques (ISOS)-L-3, une procédure d’essai normalisée pour les cellules solaires.
Environ 1 500 heures après le début du processus de vieillissement des cellules, l’efficacité du point de puissance maximale (MPP) et l’efficacité de la conversion d’énergie (PCE) sont restées à des niveaux élevés. Pour que les cellules les mieux passivées diminuent jusqu’à 95 % de leurs valeurs initiales, le meilleur rendement MPP et le meilleur rendement de conversion d’énergie ont été enregistrés à 19,4 % et 20,1 % respectivement – parmi les plus élevés (après prise en compte de la bande interdite) et les plus longues métriques rapportées à ce jour.
« Ce traitement est similaire au processus d’apprêt HMDS (hexaméthyldisilazane) largement utilisé dans l’industrie des semi-conducteurs », a déclaré M. Lin. « Une telle similitude suggère que notre nouvelle méthode peut être facilement intégrée dans les processus de fabrication existants, ce qui la rend commercialement viable et prête pour une application à grande échelle. »
www.ust.hk ;
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