Les cellules solaires en tandem représentent une avancée significative dans le domaine des technologies photovoltaïques. Une équipe de chercheurs a récemment démontré, pour la première fois, un concept de cellule solaire en tandem utilisant le séléniure d’antimoine comme matériau de la cellule inférieure et un matériau hybride organique-inorganique à large bande interdite comme cellule supérieure.
L’innovation a permis d’atteindre une efficacité de conversion de puissance de plus de 20 %. Cette étude met en lumière le potentiel du séléniure d’antimoine pour les applications de cellules inférieures.
Technologie photovoltaïque et efficacité de conversion
La technologie photovoltaïque, qui exploite la lumière du soleil pour la convertir en électricité, est prisée pour son caractère propre et renouvelable. Les scientifiques s’efforcent constamment d’améliorer l’efficacité de conversion de puissance des cellules solaires. Les cellules solaires à jonction unique conventionnelles ont déjà atteint des efficacités de conversion de plus de 20 %. Pour dépasser la limite de Shockley-Queisser dans ces cellules, des coûts beaucoup plus élevés seraient toutefois nécessaires.
La limite de Shockley-Queisser des cellules solaires à jonction unique peut être surmontée grâce à la fabrication de cellules solaires en tandem. En empilant des matériaux de cellules solaires les uns sur les autres, les chercheurs parviennent à obtenir une efficacité énergétique supérieure.
Du séléniure d’antimoine dans les cellules solaires en tandem
L’équipe de recherche a travaillé à la création de cellules solaires en tandem en utilisant un semi-conducteur appelé séléniure d’antimoine. Les recherches antérieures sur ce matériau se sont principalement concentrées sur les applications dans les cellules solaires à jonction unique. L’équipe savait que, du point de vue de la bande interdite, ce semi-conducteur pourrait s’avérer être un matériau de cellule inférieure approprié pour les cellules solaires en tandem.
« Le séléniure d’antimoine est un matériau de cellule inférieure adapté pour les cellules solaires en tandem. Cependant, en raison de la rareté des cellules solaires en tandem rapportées utilisant ce matériau comme cellule inférieure, peu d’attention a été portée à son application. Nous avons assemblé une cellule solaire en tandem avec une haute efficacité de conversion en l’utilisant comme cellule inférieure pour démontrer le potentiel de ce matériau », a indiqué Tao Chen, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’Université des sciences et technologies de Chine.
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Fabrication et optimisation des cellules solaires en tandem
L’équipe a fabriqué des cellules solaires en tandem perovskite/séléniure d’antimoine dotées d’une électrode conductrice transparente pour une réponse spectrale optimisée. Ils ont pu ajuster l’épaisseur de la couche d’électrode transparente de la cellule supérieure pour obtenir une efficacité élevée de plus de 17 %. Ils ont optimisé la cellule inférieure en séléniure d’antimoine en introduisant une double couche de transport d’électrons et ont atteint une efficacité de conversion de puissance de 7,58 %.
En assemblant mécaniquement les cellules supérieure et inférieure pour créer la cellule solaire en tandem à quatre terminaux, l’efficacité de conversion de puissance a dépassé 20,58 %, ce qui est supérieur à celle des sous-cellules indépendantes. Leur cellule solaire en tandem présente une excellente stabilité avec des éléments de composition non toxiques. « Ce travail fournit une nouvelle structure de dispositif en tandem et démontre que le séléniure d’antimoine est un matériau absorbant prometteur pour les applications de cellules inférieures dans les cellules solaires en tandem », a ajouté Chen.
Perspectives futures
À l’avenir, l’équipe espère travailler vers une cellule solaire en tandem à deux terminaux plus intégrée et améliorer encore les performances du dispositif. « La haute stabilité du séléniure d’antimoine offre une grande commodité pour la préparation de cellules solaires en tandem à deux terminaux, ce qui signifie qu’il pourrait donner de bons résultats lorsqu’il est associé à plusieurs types différents de matériaux de cellule supérieure. »
Article : « Sb2Se3 as a bottom cell material for efficient perovskite/Sb2Se3 tandem solar cells » – DOI: 10.26599/EMD.2024.9370027
