Regarder à l’intérieur des cellules solaires pour une meilleure efficacité

Dans une étude récemment publiée, des chercheurs ont dévoilé des informations cruciales sur l’optimisation des cellules solaires à couche mince, éclairant les méthodes pour améliorer leur efficacité et ouvrant la voie à une production d’électricité plus rentable.

La conversion d’énergie photovoltaïque utilisant des semi-conducteurs absorbant la lumière polycristalline est depuis longtemps reconnue pour son potentiel à transformer l’énergie solaire. Parmi ces technologies, le CIGS polycristallin (séléniure de cuivre indium gallium) se distingue comme une option performante, et des progrès récents ont propulsé son efficacité encore plus loin grâce à un traitement post-déposition de fluorure d’alkali, qui augmente la concentration de porteurs de charge.

Un défi négligé dans l’application de ce traitement

L’équipe du groupe Nanostructured Solar Cells dirigée par Sascha Sadewasser a percé un défi précédemment négligé dans l’application de ce traitement – des inhomogénéités dans la conductivité des grains de matériau individuels, qu’ils attribuent à la concentration de porteurs de charge. Cette révélation a des implications significatives pour l’efficacité des cellules solaires et leur performance globale.

En utilisant une technique de tomographie par microscopie à force atomique conductrice émergente, l’équipe de recherche de l’INL a littéralement gratté le matériau couche par couche, générant des cartes de conductivité en trois dimensions. Une analyse détaillée de ces cartes a permis une visualisation à l’échelle sub-micrométrique de la concentration de porteurs de charge grain par grain, permettant un regard détaillé à l’intérieur de la cellule solaire.

En collaboration avec le Centre de recherche sur l’énergie solaire et l’hydrogène Baden-Württemberg (ZSW) en Allemagne, l’équipe a testé le traitement post-déposition de fluorure d’alkali avec différents éléments. L’étude a révélé que des cellules solaires à efficacité moindre traitées au fluorure de potassium sont corrélées à une inhomogénéité plus prononcée de la concentration de porteurs de charge. En revanche, des cellules solaires plus performantes traitées au fluorure de rubidium et de césium ont montré des distributions plus étroites à des concentrations de porteurs de charge plus élevées.

En synthèse

Les méthodes de tomographie par microscopie à force atomique et d’analyse de données pionnières des chercheurs, présentées dans cette étude, ne sont pas seulement applicables aux cellules solaires à couche mince CIGS, mais promettent également pour une large gamme de semi-conducteurs polycristallins et de matériaux énergétiques. Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour la recherche et le développement dans le paysage de l’énergie renouvelable.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le CIGS polycristallin ?

Le CIGS polycristallin est un semi-conducteur absorbant la lumière qui est utilisé dans la production d’énergie solaire.

Qu’est-ce que le traitement post-déposition de fluorure d’alkali ?

C’est un processus qui augmente la concentration de porteurs de charge dans les cellules solaires, améliorant ainsi leur efficacité.

Qu’est-ce que la tomographie par microscopie à force atomique conductrice ?

C’est une technique qui permet de visualiser la concentration de porteurs de charge dans les cellules solaires à une échelle sub-micrométrique.

Quels sont les avantages de cette découverte ?

Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour la recherche et le développement dans le domaine de l’énergie renouvelable.

Quelles sont les implications de cette étude pour l’avenir de l’énergie solaire ?

Cette recherche marque une étape importante dans l’exploitation du potentiel des cellules solaires à couche mince, nous rapprochant d’un avenir plus vert et plus durable.

Références

Article adapté du contenu de la responsable de la communication scientifique + image / Catarina Moura.

Sadewasser, S., Sharma, D., et al. (2024). Optimisation des cellules solaires à couche mince : une étude révèle des informations cruciales. Nature Energy.