Une cellule solaire au tellurure de cadmium sélénium atteint 20 % de rendement grâce à un gradient de bande interdite

D’après pv magazine international.

Des chercheurs de l’Université de Toledo ainsi que du Oak Ridge National Laboratory du ministère américain de l’Énergie ont utilisé pour la première fois un gradient de bande interdite pour améliorer les performances de cellules solaires au tellurure de cadmium sélénium (CdSeTe) basées sur une couche tampon de dioxyde d’étain(IV) (SnO₂) du commerce.

Les scientifiques décrivent leurs conclusions dans « 20%-efficient polycrystalline Cd(Se,Te) thin-film solar cells with compositional gradient near the front junction », paru dans la revue Nature Communications. Selon eux, les tampons SnO₂ du commerce sont très stables et peuvent facilement reproduire la conductivité des électrons recherchée.

« Tirant profit de ces avantages, le SnO₂ est utilisé avec succès dans la fabrication du CdTe depuis des dizaines d’années », précisent-ils en soulignant que cette technologie de tampons a récemment été remplacée par l’oxyde de zinc magnésium (ZMO). « Le principal obstacle réside dans la faible conductivité des électrons du tampon ZMO, laquelle est difficile à améliorer même en recourant à un dopage extrinsèque. »

L’équipe américaine indique que le gradient de bande interdite avait déjà été appliqué avec succès à d’autres types de cellules solaires à couche mince dans l’optique d’améliorer leur tension de court-circuit. Elle ajoute toutefois que pour l’utilisation dans des dispositifs CdSeTe, il conviendrait d’intégrer une couche mince de sulfure de cadmium (CdS) dans la zone de la jonction avant, tout en évitant la formation d’une interface nuisible.

« La clé du succès a résidé dans l’intégration de couches de CdS et de CdSe oxygénées avant le dépôt de la couche absorbante en CdTe », expliquent les chercheurs.

Leur cellule est constituée d’une couche d’oxyde transparent conducteur, d’une couche tampon SnO₂, des couches de CdS et de CdSe oxygénées que l’on vient de mentionner, d’une couche de CdTe ainsi que d’une couche d’extraction de trous en thiocyanate de cuivre(I) (CuSCN).

Testé dans des conditions de luminosité standard, le dispositif a atteint un rendement de conversion énergétique de 20,03 %, une tension de circuit ouvert de 0,863 V, un courant de court-circuit de 29,2 mA cm⁻² et un facteur de remplissage de 79,5 %. Par comparaison, une cellule de référence conçue sans gradient de bande interdite a affiché un rendement 18,3 %, une tension de circuit ouvert de 0,834 V, un courant de court-circuit de 28,9 mA cm⁻² et un facteur de remplissage de 76,1 %.

Traduit par Christelle Taureau.