Nouvelles cellules solaires tandem hybrides pérovskite/organique « nip » avec un rendement supérieur à 23 %

Les ingénieurs et les scientifiques des matériaux travaillent au développement de solutions photovoltaïques de plus en plus avancées, pour convertir autant d'énergie solaire que possible en électricité et contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cela a conduit à l’introduction de diverses nouvelles conceptions de cellules solaires, notamment des cellules solaires tandem entièrement pérovskites.

Des chercheurs de l’Université nationale de Chonnam en Corée du Sud ont récemment introduit de nouvelles cellules solaires tandem hybrides monolithiques à pérovskite basées sur des pérovskites aux halogénures entièrement inorganiques. Ces cellules solaires, présentées dans un article en Sciences de l'énergie et de l'environnementont atteint des rendements prometteurs de 23 %.

“Les conceptions de cellules solaires à jonction unique présentent certaines limites, telles que la perte de thermalisation et la perte de transmission”, a déclaré le Dr Sawanta S. Mali, premier auteur de l'article, à Tech Xplore. “Pour résoudre ces pertes, nous devons fabriquer des cellules solaires en tandem, dans lesquelles deux absorbeurs tels que des matériaux à large bande interdite (WBG) et à bande étroite (NBG) sont empilés ensemble à l'aide d'une couche d'interconnexion appropriée (ICL).”

Les conceptions de cellules solaires précédemment introduites, basées sur les matériaux WBG, ont atteint des efficacités très prometteuses. Cependant, ces cellules sont généralement basées sur des pérovskites hybrides organiques-inorganiques, qui ne sont pas thermiquement stables et compromettent ainsi leurs performances globales.

Beaucoup de ces cellules solaires sont également fabriquées à l’aide de processus complexes difficiles à reproduire à grande échelle. Celles-ci incluent, par exemple, des techniques complexes de pulvérisation cathodique et de dépôt de couche atomique (ALD), qui peuvent être à la fois difficiles à mettre en œuvre et consommatrices d'énergie.

“Dans le cas des matériaux NBG, de nombreux chercheurs utilisaient auparavant du NBG à base de Pb-Sn, qui souffrent de graves problèmes de dégradation, tels que le Sn.²⁺ à Sn⁴⁺ formation”, a déclaré Sawanta.

“Pour éviter ces problèmes, nous avons développé un WBG entièrement inorganique à base de pérovskite déposé dans des conditions ambiantes en utilisant notre méthode à air chaud précédemment développée et un NBG à base d'hétérojonction en masse polymère (BHJ) pour la fabrication de ce système solaire tandem hybride monolithique à deux bornes “nip”. cellules (2T-HTSC). Ces cellules peuvent être fabriquées à l'aide de simples ICL qui sont exemptes de pulvérisation compliquée ou de processus ALD.

L'objectif principal des travaux récents de Sawanta et de son étude était de réaliser des matériaux WBG thermiquement stables qui pourraient être traités dans des conditions ambiantes et intégrés dans des dispositifs dotés d'une architecture simple, tels que ceux dotés d'une configuration dite de pincement. Finalement, ils ont réalisé leurs matériaux entièrement pérovskites en utilisant une technique de revêtement par centrifugation assistée par air chaud.

Lorsqu’ils sont intégrés dans des cellules solaires tandem hybrides avec une architecture nip, ces matériaux se sont avérés conduire à des résultats encourageants. Les cellules solaires résultantes ont atteint un rendement de 23,07 %, avec une tension en circuit ouvert de 2,110 V, conservant plus de 90 % de leur rendement initial pendant plus de 600 heures de fonctionnement à leur puissance maximale.

“Nous avons mis en œuvre une configuration de dispositif de pincement et une approche de traitement de l'air ambiant qui est simple et adaptée à une commercialisation future”, a déclaré Sawanta. “Étant donné que ces 2T-HTSC produisent un meilleur rendement qu'une jonction unique avec une tension en circuit ouvert très élevée (> 2 V), nous prévoyons à terme de mettre en œuvre ces cellules dans la photosynthèse artificielle et les applications agrovoltaïques ou l'Internet des objets (IoT).”

À l'avenir, les matériaux créés par le Dr Sawanta S. Mali, le professeur Chang Kook Hong et leurs collègues pourraient être intégrés dans des cellules solaires en tandem avec d'autres conceptions, afin d'évaluer davantage leur potentiel. De plus, l'approche de fabrication employée par cette équipe pourrait être utilisée par d'autres équipes pour créer d'autres matériaux robustes pour les applications photovoltaïques.

“Dans le cadre de notre récente étude, nous avons utilisé uniquement des cellules solaires tandem à double jonction”, a ajouté Mali. “Dans nos prochaines études, nous prévoyons de mettre en œuvre ce concept dans des cellules solaires tandem à triple ou multijonction (MJ-TSC) et leur mise à l'échelle.”

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