D’après pv magazine International
Le fabricant chinois de modules photovoltaïques Longi a ainsi présenté cette semaine une cellule solaire tandem pérovskite-silicium innovante reposant sur une monocouche auto-assemblée asymétrique (SAM), conçue pour réduire les défauts de passivation et améliorer l’efficacité globale.
Les SAM sont actuellement utilisées comme couches de transport de trous de pointe dans les cellules solaires à base de pérovskite. Elles offrent une faible absorption parasite, une extraction rapide des charges et une passivation efficace de l’interface enterrée de la pérovskite. Toutefois, le contrôle de leur épaisseur, densité de compactage et orientation demeure très complexe.
Le nouveau dispositif tandem a été développé en partenariat avec l’Université de Soochow, en Chine. Il est décrit dans l’article intitulé « Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule », publié récemment dans Nature.
« Contrairement à la majorité des SAM à base de carbazole rapportées, qui présentent une structure moléculaire symétrique avec des atomes d’azote liés à des groupes d’ancrage acide phosphonique, nous avons conçu une SAM asymétrique basée sur le carbazole, incorporant des entretoises et des groupes d’ancrage acide phosphonique flanquant le noyau phényl du carbazole. Cette structure sert de couche sélective de trous dans les cellules solaires pérovskite-silicium », a déclaré un porte-parole de Longi à pv magazine.
Baptisée HTL201, cette nouvelle SAM améliorerait la couverture et l’uniformité sur les substrats de silicium texturés, tout en optimisant l’alignement des niveaux d’énergie à l’interface. « Parallèlement, la forte interaction de coordination entre HTL201 et le film de pérovskite réduit efficacement la recombinaison non radiative à l’interface enterrée », a ajouté le porte-parole.
La SAM a été conçue dans une configuration verticale, qui offrirait une interaction optimale avec la couche de recombinaison en oxyde conducteur transparent (TCO), améliorant ainsi sa couverture sur le substrat TCO. De plus, l’alignement énergétique entre HTL201 et l’absorbeur pérovskite permet une meilleure extraction des trous et réduit encore les pertes par recombinaison non radiative.
L’équipe de recherche a fabriqué la cellule pérovskite supérieure avec un contact en argent (Ag), une fine couche de fluorure de lithium (LiF), des molécules d’éthylènediammonium diiodure (EDAI) à chaîne courte, une couche de transport d’électrons (ETL) composée de fullerène C60 déposé par évaporation thermique, une couche d’oxyde d’étain (SnO₂), un contact arrière transparent en oxyde d’indium et de zinc (IZO), un absorbeur pérovskite, et la SAM proposée.
Concernant la cellule inférieure, Longi indique qu’il s’agit d’une cellule en silicium de type hétérojonction double-face texturée, sans toutefois préciser si elle utilise la cellule solaire à contact arrière de type hétérojonction (BC) à 27,3 % d’efficacité, présentée dans un autre article publié également dans Nature, « Silicon heterojunction back-contact solar cells by laser patterning ».
Testée dans des conditions d’illumination standard, une cellule solaire tandem fabriquée avec cette configuration et d’une surface de 1 cm² a atteint un rendement de conversion de puissance de 34,58 %, une tension en circuit ouvert de 2,001 V, une densité de courant de court-circuit de 20,64 mA/cm², et un facteur de remplissage de 83,79 %.
« La passivation efficace des défauts à l’interface enterrée améliore la séparation des quasi-niveaux de Fermi dans la couche de pérovskite, ce qui a permis d’atteindre une tension en circuit ouvert impressionnante de 2 V », a précisé le porte-parole. « Notre recherche fournit des solutions techniques critiques pour le développement de nouveaux matériaux SAM et pour améliorer encore l’efficacité des tandems silicium-pérovskite. »
Longi détient actuellement le record mondial de rendement pour une cellule solaire tandem pérovskite-silicium, avec un dispositif atteignant 34,85 % de rendement. Le précédent record, également détenu par Longi, était de 34,6 %, pour une cellule utilisant la même configuration, telle que décrite dans un article scientifique publié en septembre 2024, après une première présentation en novembre 2023.
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