Photovoltaïque : un réglage moléculaire fin augmente le rendement des cellules solaires en tandem
Grâce à une conception moléculaire ciblée, les chercheurs de la LMU atteignent un rendement de 31,4 pour cent pour les cellules tandem en silicium pérovskite
Annonces
Les cellules solaires en tandem en silicium pérovskite sont considérées comme une technologie clé pour le photovoltaïque. Leur structure permet d'utiliser la lumière du soleil de manière plus efficace que les cellules en silicium traditionnelles : Alors que la couche supérieure de pérovskite absorbe la partie bleue de la lumière, riche en énergie, la couche de silicium située en dessous capte la partie rouge. L'interaction des deux matériaux permet d'obtenir un rendement lumineux nettement plus élevé.
Une équipe de recherche internationale dirigée par le Dr Erkan Aydin, chef de groupe de recherche à la LMU, vient de perfectionner cette approche de manière décisive. Dans la revue spécialisée Joule, les chercheurs font état de la première cellule tandem pérovskite-silicium entièrement fabriquée dans la région de Munich. Les partenaires de coopération sont la Southern University of Science and Technology (SUSTech) à Shenzhen, en Chine, la City University of Hong Kong et la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) en Arabie Saoudite.
Une nouvelle approche de la conception des molécules
L'élément central des cellules tandem est la monocouche auto-organisée (Self-Assembled Monolayer, SAM). Cette couche moléculaire de quelques nanomètres seulement assure un transport efficace des charges électriques vers les couches de collecte de charges. Cependant, sur les surfaces de silicium à structure pyramidale, les SAM traditionnelles à chaînes alkyles simples ont tendance à s'agréger de manière irrégulière. Cela limite les performances des cellules.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé une molécule spéciale. Sa structure particulière améliore le transport de charges même sur des surfaces rugueuses et crée ainsi la base d'une interface stable.
Lors d'analyses, l'équipe a fait une observation surprenante : un précurseur de SAM disponible dans le commerce contenait de minuscules quantités d'impuretés contenant du brome. Celles-ci se sont révélées extrêmement utiles, car elles neutralisent les défauts à l'interface et augmentent ainsi l'efficacité des cellules solaires.
"Le fait qu'une modification chimique aussi minime puisse avoir un effet aussi important nous a nous-mêmes surpris", explique le chef de projet Aydin. "Cette découverte montre à quel point l'interaction précise des matériaux au niveau moléculaire est décisive pour le rendement énergétique des nouvelles cellules solaires".
Les chercheurs ont combiné des molécules bromées et non bromées afin d'exploiter les effets positifs du brome sans compromettre la stabilité chimique. Leur structure SAM nouvellement développée permet un empaquetage plus dense des molécules et une meilleure passivation de l'interface - ce qui se traduit par des rendements plus élevés, une stabilité accrue et une extraction de charge plus efficace.
31,4 pour cent d'efficacité
Grâce à ce réglage fin ciblé au niveau moléculaire, l'équipe a atteint une efficacité des cellules de 31,4 pour cent. L'équipe fait ainsi partie des laboratoires leaders au niveau mondial dans le développement de cellules tandem en silicium perovskite à haute performance. Ce qui est particulièrement remarquable, c'est que ces valeurs ont été obtenues sur des cellules bottom en silicium cristallin importantes pour l'industrie. Outre l'augmentation de l'efficacité, une meilleure stabilité des cellules sur de longues périodes a également été démontrée. L'empaquetage moléculaire plus dense des nouvelles SAM protège l'interface sensible des dommages au niveau moléculaire.
"La prochaine étape consiste à démontrer que nos cellules tandem ne prouvent pas seulement leurs performances en laboratoire, mais aussi dans des tests de vieillissement accéléré qui donnent des informations sur leur comportement dans des conditions environnementales réelles", explique Aydin. "Parallèlement, nous examinons comment la technologie peut être adaptée à l'utilisation dans l'espace - notamment pour les satellites en orbite terrestre basse". C'est justement dans ce domaine que l'intérêt pour des cellules solaires particulièrement légères, performantes et résistantes aux radiations augmente rapidement, ajoute-t-il.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
Publication originale
Jian Huang, Letian Zhang, Cem Yilmaz, Geping Qu, Ido Zemer, Rik Hooijer, Siyuan Cai, Ali Buyruk, Hao Zhu, Meriem Bouraoui, Achim Hartschuh, Ryota Mishima, Kenji Yamamoto, Caner Deger, Ilhan Yavuz, Alex K.-Y. Jen, Esma Ugur, Stefaan De Wolf, Igal Levine, Zong-Xiang Xu, Erkan Aydin; "Enhanced charge extraction in textured perovskite-silicon tandem solar cells via molecular contact functionalization"; Joule
Autres actualités du département science
