Un traitement thermique innovant pour des cellules solaires plus efficaces

Les cellules solaires à base de points quantiques PbS pourraient bientôt voir leur efficacité considérablement améliorée grâce à une nouvelle méthode de traitement thermique développée par une équipe de chercheurs coréens.

Une équipe coréenne dirigée par le professeur Jongmin Choi du Département des sciences et de l’ingénierie de l’énergie (DGIST) a mis au point un « point quantique PbS » capable d’améliorer rapidement la conductivité électrique des cellules solaires.

Les chercheurs ont identifié une méthode pour améliorer la conductivité électrique en utilisant une lumière « en forme de pulsation », qui génère une énergie substantielle de manière concentrée à intervalles réguliers. Cette méthode pourrait remplacer le processus de traitement thermique, qui nécessite beaucoup de temps pour obtenir le même résultat. Cette approche devrait faciliter la production et la commercialisation des cellules solaires à points quantiques PbS à l’avenir.

Les points quantiques PbS : une solution prometteuse

Les points quantiques PbS sont des matériaux semi-conducteurs à l’échelle nanométrique faisant l’objet de recherches actives pour le développement des cellules solaires de nouvelle génération. Ils peuvent absorber une large gamme de longueurs d’onde de la lumière solaire, dont les ultraviolets, la lumière visible, le proche infrarouge et l’infrarouge à ondes courtes. De plus, ils présentent des coûts de traitement faibles grâce au traitement en solution et d’excellentes propriétés photoélectriques.

La fabrication des cellules solaires à points quantiques PbS implique plusieurs étapes de processus. Jusqu’à récemment, le traitement thermique était considéré comme une étape essentielle, car il permettait de revêtir efficacement une couche de points quantiques sur un substrat et de traiter thermiquement le matériau pour augmenter sa conductivité électrique.

Cependant, lorsque les points quantiques PbS sont exposés à la lumière, à la chaleur et à l’humidité, la formation de défauts à leur surface peut être accélérée, entraînant une recombinaison des charges et une détérioration des performances de l’appareil. Ce phénomène rend difficile la commercialisation de ces matériaux.

Une solution innovante pour supprimer les défauts de surface

Pour supprimer la formation de défauts à la surface des points quantiques PbS, l’équipe dirigée par le professeur Jongmin Choi a proposé un traitement thermique impliquant l’exposition des points à la lumière pendant une brève période de quelques millisecondes. Les techniques conventionnelles de traitement thermique des couches de points quantiques PbS impliquent de les chauffer pendant des dizaines de minutes à haute température à l’aide de plaques chauffantes, de fours, etc.

La technique de « traitement thermique par impulsions » proposée par l’équipe de recherche surmonte les lacunes de la méthode existante en utilisant une lumière intense pour compléter le processus de traitement thermique en quelques millisecondes. Cela permet de supprimer les défauts de surface et de prolonger la durée de vie des charges (électrons, trous) qui génèrent le courant électrique. De plus, cette méthode atteint une efficacité élevée.

Des perspectives prometteuses pour l’avenir

« Grâce à cette recherche, nous avons pu améliorer l’efficacité des cellules solaires en développant un nouveau processus de traitement thermique capable de surmonter les limitations du processus de traitement thermique des points quantiques existant », a ajouté le professeur Jongmin Choi du Département des sciences et de l’ingénierie de l’énergie à DGIST. « De plus, le développement d’un processus de points quantiques avec un excellent effet de vague devrait faciliter l’application généralisée de cette technologie à une gamme de dispositifs optoélectroniques à l’avenir », a-t-il ajouté.

Article : « Suppression of Thermally Induced Surface Traps in Colloidal Quantum Dot Solids via Ultrafast Pulsed Light » – DOI: 10.1002/smll.202400380

Les résultats ont été publiés en ligne dans la revue internationale « Small » (co-premiers auteurs : Eonji Lee, doctorant, Département des sciences et de l’ingénierie de l’énergie, DGIST, et Wonjong Lee, étudiant en master intégré, Département de génie énergétique, Université nationale de Chungnam).