Les cellules solaires à couches minces de type kestérite, composées de matériaux comme le cuivre, le zinc et l’étain, offrent des avantages en termes d’équilibre des ressources et de rentabilité. Malgré les recherches menées jusqu’à présent, leur efficacité reste relativement faible.
Aussi, une équipe de chercheurs de Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk s’est penchée sur la caractérisation de la séparation des électrons et des trous dans la couche absorbante de lumière de ces cellules, dans le but d’améliorer leur rendement et de promouvoir l’utilisation de l’énergie verte.
Les cellules solaires à couches minces de type kestérite absorbent la lumière du soleil pour créer des électrons et des trous, qui se recombinent ensuite pour générer de l’électricité. Cependant, des pertes se produisent au cours de ce processus. Pour résoudre ce problème, il est important d’identifier la nature de la séparation des électrons et des trous qui provoque leur séparation rapide.
L’équipe de recherche a utilisé la microscopie à sonde à balayage pour caractériser la séparation des électrons et des trous à l’intérieur et à l’interface des cristaux dans la couche absorbante de lumière. Ils ont étudié les caractéristiques structurelles de cette couche et l’efficacité de la séparation des électrons et des trous.
Les chercheurs ont analysé en détail comment les différents niveaux d’énergie à l’intérieur et à l’interface des cristaux affectent la séparation des électrons et des trous. Ils ont constaté que le niveau d’énergie est plus élevé à l’interface des cristaux à la surface et près de la surface de la couche absorbante de lumière des cellules solaires à couches minces. Les électrons se déplacent à l’intérieur des cristaux, permettant ainsi un flux dominant dans les cristaux.
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Toutefois, des comportements opposés apparaissent à l’intérieur de la couche absorbante de lumière. Dans ce cas, les défauts à l’interface des cristaux peuvent entraîner des pertes par recombinaison des électrons et des trous.
L’équipe de recherche a souligné l’importance de créer de manière uniforme la couche absorbante de lumière avec un niveau d’énergie plus élevé à l’interface entre les cristaux qu’à l’intérieur des cristaux pour améliorer l’efficacité des cellules solaires à couches minces de type kestérite. Un dopage approprié des éléments peut être utilisé pour y parvenir.
Kee-jeong Yang, chercheur principal à la Division de la technologie de l’énergie et de l’environnement, a indiqué: « Alors que la microscopie à force atomique a jusqu’à présent été limitée à la surface de la couche absorbante de lumière dans le domaine de la recherche sur les cellules solaires, cette étude est importante car elle suggère une méthode permettant d’analyser l’ensemble de la couche absorbante de lumière et ses résultats. La méthodologie de la microscopie à force atomique utilisée dans cette étude devrait fournir des orientations pour comprendre la nature des comportements des porteurs de charge, non seulement dans les cellules solaires à couches minces, mais aussi dans de nombreuses autres applications. »
Étude, publiée dans Carbon Energy : « Vertical plane depth-resolved surface potential and carrier separation characteristics in flexible CZTSSe solar cells with over 12% efficiency ». DOI: 10.1002/cey2.434
