Innovation solaire : l’ajout d’argent élimine les défauts des cellules photovoltaïques

Une équipe de chercheurs a considérablement amélioré les performances des cellules solaires à couche mince en kesterite (CZTSSe). Ils ont mis au point une nouvelle méthode de dopage à l’argent (Ag) dans les cellules solaires afin de supprimer les défauts qui entravent les performances des cellules et de favoriser la croissance des cristaux, augmentant ainsi considérablement l’efficacité et ouvrant la voie à la commercialisation.

Les cellules solaires CZTSSe sont composées de cuivre (Cu), de zinc (Zn), d’étain (Sn), de soufre (S) et de sélénium (Se), et attirent de plus en plus l’attention en tant que technologie de cellule solaire abondante en ressources, peu coûteuse et respectueuse de l’environnement. Elles présentent notamment l’avantage de pouvoir être produites à grande échelle et d’être très compétitives en termes de prix, car elles utilisent des matériaux abondants en ressources au lieu des métaux rares utilisés dans les cellules solaires conventionnelles.

Cependant, les cellules solaires conventionnelles en CZTSSe ont un faible rendement et des pertes de courant élevées dues à la recombinaison électron-trou, ce qui les rend difficiles à commercialiser.

Pour résoudre ces problèmes, l’équipe de recherche a utilisé une méthode consistant à doper le précurseur de la cellule solaire avec de l’Ag. L’Ag inhibe la perte de Sn et permet aux matériaux de mieux se mélanger à basse température. Cela permet aux cristaux de croître plus rapidement et plus largement, ce qui réduit les défauts et améliore les performances de la cellule solaire.

Dans cette étude, les chercheurs ont analysé de manière systématique la façon dont la présence d’Ag à différents endroits du précurseur modifie les défauts et les propriétés de recombinaison des électrons et des trous dans la cellule solaire. Les résultats indiquent que l’Ag peut améliorer de manière significative la performance de la cellule solaire en empêchant la perte de Sn et en maximisant l’effet de suppression des défauts.

Fait important, ils ont également constaté que le dopage de l’Ag au mauvais endroit interfère en fait avec la formation de l’alliage de Zn et de Cu, ce qui fait que le Zn reste dans la masse et forme des grappes de défauts. Cela peut entraîner une augmentation des pertes par recombinaison électron-trou et une dégradation des performances. L’équipe de recherche a ainsi mis en évidence un point important : les performances des cellules solaires varient considérablement en fonction de l’endroit où se produit le dopage à l’Ag.

En outre, l’équipe de recherche a constaté que le matériau liquide formé par le dopage à l’Ag favorise la croissance des cristaux, ce qui améliore considérablement la densité et la cristallinité de la couche absorbante. Il en résulte une meilleure structure des bandes d’énergie et moins de défauts, ce qui permet en fin de compte un transport de charge plus fluide dans la cellule. Ces résultats devraient contribuer de manière significative à la production de cellules solaires très performantes à faible coût.

Les chercheurs étaient Kee-jeong Yang, Dae-hwan Kim et Jin-gyu Kang de la Division of Energy & Environmental Technology, DGIST, qui ont collaboré avec l’équipe du professeur Kim Jun-ho du département de physique de l’université nationale d’Incheon et l’équipe du professeur Koo Sang-mo du département d’ingénierie des matériaux électroniques.

« Dans cette étude, nous avons analysé l’effet du dopage à l’argent, qui n’avait pas été clairement identifié auparavant, processus par processus, et nous avons découvert que l’argent joue un rôle dans la suppression de la perte d’étain et l’amélioration des défauts », a déclaré M. Yang.

« Les résultats fournissent des indications importantes sur la conception de structures précurseurs dopées à l’argent afin d’améliorer l’efficacité des cellules solaires et devraient contribuer au développement de diverses technologies de cellules solaires. »

SeongYeon Kim et al, Reducing carrier recombination loss by suppressing Sn loss and defect formation via Ag doping in Cu₂ZnSn(S,Se)₄ solar cells, Energy & Environmental Science (2024). DOI: 10.1039/D4EE02485K

Source : traduction enerzine.com / DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology)