Plongez-vous dans le monde fascinant de l’énergie solaire où une nouvelle conception de cellules solaires en tandem promet une efficacité accrue. Découvrez comment une équipe de chercheurs a réussi à optimiser la conversion de l’énergie solaire en électricité en se concentrant sur la connexion entre les couches de silicium et de pérovskite.
Le rôle du silicium et de la pérovskite
Le silicium est reconnu comme le matériau dominant dans la production de cellules solaires en raison de ses excellentes propriétés électroniques, de sa capacité à absorber la lumière, de sa non-toxicité et de son abondance dans la croûte terrestre, ce qui le rend relativement bon marché.
Pour une meilleure utilisation de la lumière solaire, les pérovskites sont en revanche apparues comme une cellule supérieure pour les applications en tandem qui promettent une efficacité de conversion de puissance plus élevée et abordable.
Les pérovskites sont une large famille de matériaux comprenant généralement un mélange de composants organiques et inorganiques. Ces cellules solaires ont déjà démontré des rendements très élevés, sont composées de matériaux à faible coût et sont simples à traiter.
Par ailleurs, comme il existe de nombreux matériaux de pérovskite, leur composition peut être sélectionnée pour optimiser l’absorption à des longueurs d’onde spécifiques de la lumière. Cela soulève la perspective intrigante et prometteuse de combiner la technologie du silicium plus mature avec des pérovskites plus polyvalentes.
La solution de l’équipe de recherche
Erkan Aydin, qui a dirigé l’équipe de projet, explique : « Les cellules solaires en tandem monolithiques à deux jonctions les plus réussies à ce jour impliquent un compromis où une cellule de pérovskite supérieure est électriquement connectée à une cellule de silicium inférieure ».
L’équipe dirigée par KAUST a résolu ce problème en utilisant un film ultra-mince d’oxyde de zinc et d’indium amorphe comme couche interconnectée. Ils ont pu montrer que cela fournissait une densité et une homogénéité plus élevées de points d’ancrage pour la monocouche auto-assemblée.
« L’ajustement de l’épaisseur de cette couche amorphe était essentiel ; j’ai dû balayer une large gamme d’épaisseurs pour divers matériaux », précise Bumin K. Yildirim.
« Combiner cette approche avec un dispositif optiquement bien conçu pour réduire les pertes d’absorption parasitaires a abouti aux densités de courant les plus élevées jamais rapportées pour cette technologie », ajoute Esma Ugur. L’équipe a fait certifier indépendamment l’efficacité de conversion de puissance de leur dispositif à 32,5 %.
En synthèse
L’équipe a réalisé une réduction remarquable de 80 % de l’utilisation de l’indium grâce à une réduction significative de l’épaisseur, un composant essentiel dans les électrodes transparentes utilisées dans les cellules en tandem. Cette avancée est un développement prometteur pour la production écologique de cellules solaires exceptionnellement efficaces, compte tenu de la rareté de l’indium, un élément précieux.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une cellule solaire en tandem ?
Une cellule solaire en tandem est une cellule solaire qui combine deux cellules solaires avec des bandes d’absorption de lumière différentes pour utiliser une plus grande partie du spectre solaire et ainsi augmenter l’efficacité.
Qu’est-ce que la pérovskite ?
La pérovskite est un matériau qui a été utilisé dans la fabrication de cellules solaires. Il a la capacité d’absorber la lumière solaire et de la convertir en électricité.
Qu’est-ce que le silicium ?
Le silicium est un élément chimique qui est largement utilisé dans la fabrication de cellules solaires en raison de ses propriétés électroniques et de sa capacité à absorber la lumière.
Qu’est-ce que l’oxyde de zinc et d’indium amorphe ?
L’oxyde de zinc et d’indium amorphe est un matériau utilisé comme couche interconnectée dans les cellules solaires en tandem.
Qu’est-ce que l’indium ?
L’indium est un élément chimique précieux utilisé dans la fabrication d’électrodes transparentes pour les cellules solaires en tandem.
Références
Légende illustration principale : Les scientifiques du KAUST ont mis au point une cellule solaire tandem très efficace en optimisant la connexion entre les couches de silicium et de pérovskite. Hassan Tahini ; 2023 KAUST.
Aydin, E., Ugur, E., Yildirim, B.K., Allen, T.G., Dally, P., Razzaq, A., Cao, F., Xu, L., Vishal, B., Yazmaciyan, A., Said, A.A., Zhumagali, S., Azmi, R., Babics, M., Fell, A., Xiao, C. & De Wolf, S. Enhanced optoelectronic coupling for perovskite-silicon tandem solar cells. Nature 623, 723-738 (2023).| article.
