Une équipe de recherche internationale dévoile la puissance de la passivation pour les cellules solaires tandem en silicium pérovskite
Une équipe internationale de chercheurs en photovoltaïque a franchi une étape cruciale vers l'industrialisation des cellules solaires tandem en silicium pérovskite. Ils ont démontré que la passivation de la cellule supérieure en pérovskite est possible en combinaison avec des cellules inférieures en silicium texturé présentant une grande taille de pyramide, qui constituent la norme industrielle actuelle pour les cellules solaires. En outre, ils ont découvert que la passivation affecte l'ensemble de la couche de pérovskite - contrairement au silicium, où le traitement de surface n'influence que les couches supérieures - ce qui permet d'améliorer encore le rendement.
Les chercheurs en photovoltaïque de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST), de l'Université de Fribourg et de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (ISE) ont présenté leurs innovations technologiques et scientifiques pour la passivation des cellules supérieures en pérovskite dans la revue Science.
Les cellules solaires tandem pérovskite-silicium se composent d'une cellule supérieure en pérovskite et d'une cellule inférieure en silicium. Elles représentent la prochaine avancée technologique majeure dans le domaine de l'énergie photovoltaïque, étant donné que le développement des cellules solaires au silicium approche son efficacité physique maximale de 29,4 % pour la conversion de la lumière du soleil en électricité.
Pour la production à grande échelle de ces cellules solaires tandem, il serait avantageux d'utiliser une cellule solaire standard en silicium pour la cellule inférieure, car leurs processus de fabrication sont déjà bien établis. Ces cellules solaires sont texturées pour augmenter leur surface, ce qui accroît leur efficacité, mais cette texturation complique également le dépôt de la couche de pérovskite. Il n'avait pas encore été possible d'obtenir une passivation de surface de haute qualité de la cellule supérieure en pérovskite sur la surface pyramidale.
"Jusqu'à présent, une passivation efficace n'a pas été pleinement exploitée sur les cellules solaires tandem en silicium pérovskite texturé, les succès antérieurs étant largement limités aux architectures à front plat. Mais nous sommes parvenus à une excellente passivation en déposant du dihydroiodure de 1,3-diaminopropane sur la surface irrégulière de la pérovskite", a déclaré le Dr Oussama Er-Raji, auteur principal de l'article et scientifique à l'Institut Fraunhofer ISE. Les cellules solaires tandem passivées ont atteint un rendement de conversion de 33,1 %, avec une tension en circuit ouvert de 2,01 volts.
Les scientifiques ont également observé que la passivation de la cellule supérieure en pérovskite améliorait la conductivité et donc le facteur de remplissage de la cellule. Ils ont prouvé que cette amélioration était due à un effet de champ profond résultant de la passivation. Dans les cellules solaires au silicium, la passivation n'agit qu'à proximité de la surface, alors que dans les cellules solaires en pérovskite, le traitement de surface a un impact sur l'ensemble de l'absorbeur, améliorant ainsi ses propriétés globales.
"Cette réalisation constitue une base solide pour toutes les recherches futures dans ce domaine", a déclaré le professeur Stefaan De Wolf, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et de physique appliquée à l'université KAUST. "Elle améliore notre compréhension des processus qui se produisent dans la cellule supérieure lors de la conversion de la lumière en électricité, ce qui permet aux scientifiques d'exploiter ces connaissances pour développer de meilleures cellules solaires tandem."
"La passivation de surface des cellules solaires n'est pas seulement une caractéristique agréable à avoir ; c'est un stimulant essentiel pour leur efficacité et leur stabilité", ajoute le professeur Stefan Glunz, professeur de conversion de l'énergie photovoltaïque à l'université de Fribourg et directeur de la division photovoltaïque du Fraunhofer ISE. "Pour les cellules solaires au silicium d'aujourd'hui, la passivation de surface était la clé d'un rendement élevé dans la production industrielle, et il est encourageant de voir que l'industrie photovoltaïque bénéficiera également de ces effets positifs pour les cellules solaires tandem en silicium pérovskite."
Les conclusions des chercheurs s'appuient sur les travaux du projet phare Fraunhofer MaNiTU ainsi que sur les projets PrEsto et Perle, tous deux financés par le ministère fédéral de l'économie et de l'énergie.
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Publication originale
Oussama Er-raji, Christoph Messmer, Rakesh R. Pradhan, Oliver Fischer, Vladyslav Hnapovskyi, Sofiia Kosar, Marco Marengo, Mathias List, Jared Faisst, José P. Jurado, ... Udo Schwingenschlögl, Frédéric Laquai, Ahmed A. Said, Juliane Borchert, Patricia S. C. Schulze, Stefaan De Wolf, Stefan W. Glunz; "Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon"; Science, 2025-9-4
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