Une nouvelle conception de cellule PV tandem en pérovskite/CIGS promet un rendement de 38,39 %

D’après pv magazine International

Un groupe de chercheurs du Bangladesh a conçu et simulé une cellule photovoltaïque tandem entièrement organique basée sur la technologie des couches minces de cuivre, d’indium, de gallium et de sélénium (CIGS) et sur pérovskite. Elle est présentée dans l’article “Outstanding conversion efficiency of 38.39% from a Perovskite/CIGS tandem PV cell : A synergic optimization through computational modeling“, publié dans Heliyon.

La nouvelle architecture du dispositif devrait permettre d’atteindre un rendement de conversion d’énergie de 38,39 %. « L’objectif principal de ce travail est de trouver une combinaison efficace de cellules solaires non toxiques à haut rendement afin d’économiser du temps et des efforts avant de passer à la fabrication, ont déclaré les scientifiques, notant que la pérovskite et les matériaux utilisés pour la cellule sont exempts de plomb. La conception de la cellule solaire proposée consiste en une cellule supérieure utilisant un absorbeur constitué d’un matériau pérovskite appelé CsGe0,5Sn0,5I3 et une cellule inférieure basée sur le CIGS. Leurs paramètres structurels sont optimisés collectivement pour atteindre le rendement le plus élevé possible.

Les scientifiques issus de l’Université du Sud-Est et de l’Université des arts libéraux du Bangladesh ont utilisé le logiciel de capacité des cellules solaires SCAPS-1D, un outil de simulation pour les cellules solaires à couche mince mis au point par l’université de Gand, en Belgique, pour simuler les performances des cellules inférieures et supérieures optimisées séparément. « La cellule photovoltaïque est modélisée dans ce logiciel comme un empilement de couches, où l’épaisseur de chaque couche, le dopage et d’autres propriétés physiques des matériaux qui la composent sont spécifiés », expliquent-ils.

Ils ont construit la cellule supérieure avec une couche de transport de trous (HTL) en oxyde de nickel(II) (NiO), l’absorbeur pérovskite, une couche de transport d’électrons en oxyde de zinc (ZnO) et une couche d’oxyde d’étain dopé au fluor (TFO). La cellule inférieure a été construite avec une couche de transport de trous Spiro-OMeTAD, un absorbeur CIGS, une couche de transport d’électrons en oxyde de titane (TiO2) et une couche d’oxyde d’indium et d’étain (ITO). Les deux HTL différentes seraient capables de fournir des décalages appropriés de la distribution des bandes de valence et de conduction.

Afin d’identifier l’épaisseur optimale de l’absorbeur de la cellule supérieure, les chercheurs ont simulé le dispositif en faisant varier l’épaisseur de l’absorbeur de 100 nm à 1000 nm. « On observe que l’efficacité augmente progressivement de 100 nm à 1000 nm, qu’elle commence presque à saturer à 800 nm et qu’elle atteint son maximum à 1000 nm avec une valeur de 36,25 % », ont-ils indiqué.

La simulation a montré que les cellules supérieures et inférieures peuvent atteindre une efficacité potentielle de 24,656 % et 25,062 %, respectivement. « Pour les deux sous-cellules, la densité de courant coïncide à environ 18,64 mA/cm2, ce qui signifie le courant d’adaptation, ont ajouté les universitaires. Les résultats démontrent que la tension de la cellule supérieure (1,4885 V) et de la cellule inférieure (1,0006 V) s’additionnent pour donner une tension de cellule tandem de 2,48 V, la cellule supérieure dominant en raison de sa valeur relativement élevée de tension en circuit ouvert.

Lors de la simulation, la cellule tandem a atteint un rendement de 38,39 %, une tension en circuit ouvert de 2,48 V, une densité de courant en court-circuit de 18,64 mA cm-2 et un facteur de remplissage de 83,40 %. “Les matrices de performance de la structure tandem proposée surpassent celles mentionnées dans la littérature la plus récente ». « Les étapes associées à la conception sont standardisées, de sorte que la méthode proposée est également applicable aux cellules tandem composées d’autres matériaux », ont-ils également assuré.