Les cellules solaires à couches minces de type kestérite, composées de matériaux tels que le cuivre, le zinc et l’étain, offrent des avantages en termes d’équilibre des ressources et de rentabilité. Leur efficacité reste encore relativement faible. Une équipe de chercheurs Coréens du DGIST, en collaboration avec des professeurs d’universités coréennes et un chercheur du MIT, a étudié la séparation des électrons et des trous dans la couche absorbante de lumière de ces cellules solaires, dans le but d’améliorer leur efficacité et de promouvoir l’utilisation de l’énergie verte.
Fonctionnement des cellules solaires à couches minces de type kestérite
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 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.
Résultats de l’étude pour l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires
L’équipe de recherche a 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 un flux dominant dans les cristaux. Cependant, des comportements opposés apparaissent à l’intérieur de la couche absorbante de lumière, où les défauts à l’interface des cristaux peuvent provoquer des pertes par recombinaison des électrons et des trous.
Pour améliorer l’efficacité des cellules solaires à couches minces de type kestérite, l’équipe de recherche suggère l’importance de créer uniformément la couche absorbante de lumière avec un niveau d’énergie plus élevé à l’interface entre les cristaux qu’à l’intérieur des cristaux. Un dopage approprié des éléments peut être utilisé pour y parvenir.
Perspectives futures de la recherche
Kee-jeong Yang, chercheur principal à la Division de la technologie de l’énergie et de l’environnement, souligne l’importance de cette étude : «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 significative 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.
Article : « Vertical plane depth-resolved surface potential and carrier separation characteristics in flexible CZTSSe solar cells with over 12% efficiency » – DOI: 10.1002/cey2.434
Légende illustration : Couverture arrière de Carbon Evergy
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