Une cellule solaire tandem pérovskite-silicium atteint un rendement de 30,04%

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D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Université polytechnique du Nord-Ouest, en Chine, ont fabriqué une cellule solaire tandem pérovskite-silicium semi-transparente à quatre terminaux (4T) basée sur une cellule supérieure à pérovskite intégrant une couche tampon obtenue par pulvérisation (sputtering buffer layer, SBL) d’oxyde d’indium (In2O3). Ce dernier a été déposé grâce à une solution à bas coût destinée aux applications industrielles.

L’article « Indium oxide buffer layer for perovskite/Si 4-terminal tandem solar cells with efficiency exceeding 30% », paru dans Journal of Energy Chemistry, décrit le dispositif en détails.

Les SBL sont utilisées dans les dispositifs tandem pérovskite-silicium afin d’éviter les dommages causés lors du dépôt des électrodes transparentes en oxyde d’indium-étain (ITO), en protégeant l’absorbeur en pérovskite sous-jacent et la couche de transport des électrons (ETL).

« La SBL In2O3 a été élaborée grâce à la technique d’évaporation par faisceau d’électrons, un processus sans solvant compatible avec la production à l’échelle industrielle, explique Li Can, principal auteur de l’étude, à pv magazine. Les caractéristiques optiques et électriques du film In2O3 a présenté une forte dépendance au taux de dépôt. Ainsi, les taux de dépôt élevés ont donné des films In2O3 riches en In, avec un facteur de transmission médiocre et une absorption parasite accrue. En optimisant le taux de dépôt, nous avons obtenu des films In2O3 stœchiométriques affichant un facteur de transmission élevé et des caractéristiques protectrices solides. »

L’équipe de chercheurs a construit le dispositif supérieur en pérovskite comme suit : un substrat en verre et ITO, une monocouche auto-assemblée (SAM) en oxyde de nickel(II) (NiO), l’absorbeur en pérovskite, une ETL basée sur du buckminsterfullerène (C60), une couche tampon en bathocuproine (BCP), la SBL In2O3 et l’électrode ITO.

La cellule a atteint un rendement de conversion énergétique de 20,20 %, ce qui, selon les scientifiques, s’approche du chiffre obtenu par son équivalent opaque, tout en affichant d’excellentes caractéristiques électriques, optiques et protectrices pour sa couche In2O3, et une bande interdite de 1,68 eV.

« Les films In2O3 d’une épaisseur de 20 nm ont protégé efficacement le film en pérovskite et l’ETL sous-jacents des dégâts pouvant survenir pendant la pulvérisation d’ITO, précise Li Can. Plusieurs méthodes de caractérisation, notamment le MEB transversal, la diffraction des rayons X et la photoluminescence à l’état stable, ont confirmé cet effet supérieur de protection. »

Les universitaires ont intégré la cellule supérieure à pérovskite et la cellule inférieure en silicium dans un dispositif tandem atteignant un rendement de 30,04 %. En outre, la cellule a conservé environ 80 % de son rendement initial au bout de 423 h de lumière continue. D’après l’équipe, il s’agit de l’une des cellules solaires tandem 4T pérovskite-silicium les plus performantes à ce jour.

« Nos travaux viennent élargir le choix limité de matériaux pour SBL disponibles pour les applications de cellules à pérovskite semi-transparentes à la structure p-i-n, et proposent une nouvelle approche de dépôt à faible coût pour les applications industrielles, conclut Li Can. Ils mettent au jour le potentiel considérable en matière d’accélération de la commercialisation et de généralisation de l’application de la pérovskite dans le domaine du photovoltaïque ».

Traduction assurée par Christelle Taureau

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