D’après pv magazine International
Des chercheurs de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST) en Corée du Sud ont annoncé un nouveau procédé de fabrication de cellules solaires bifaciales à bande étroite en cuivre, indium et sélénium (CuInSe₂). Un oxyde conducteur transparent (TCO) a été utilisé pour permettre un fonctionnement bifacial dans un procédé à basse température comprenant une étape d’alliage d’argent (Ag).
Leurs travaux sont détaillés dans l’article « Highly Efficient Bifacial Narrow Bandgap Ag-CuInSe2 Solar Cells on ITO » (Cellules solaires Ag-CuInSe2 à bande interdite étroite et à haut rendement sur ITO), publié dans Advanced Energy Materials.
Ils ont choisi d’étudier les matériaux à base de cuivre-indium-gallium-sélénium (CIGS) et CuInSe₂ (CIS) pour les cellules solaires bifaciales, en particulier en raison de leur bande interdite étroite et de leur potentiel d’utilisation dans les cellules solaires tandem à pérovskite entièrement à couche mince, les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments (BIPV) et l’agrivoltaïque.
« Dans le domaine des matériaux CIGS, le CIS mérite d’être mentionné. Avec une bande interdite d’environ 1,0 eV, il constitue un partenaire prometteur pour une cellule solaire tandem avec la pérovskite. Cette configuration permet de réduire la teneur en brome (Br) dans la couche de pérovskite, ce qui fait du CIS un domaine intéressant à explorer davantage, a déclaré Dae-Hwan Kim, auteur correspondant de l’étude, à pv magazine. Notre approche était novatrice à plusieurs égards. Nous avons réussi à réduire au minimum l’utilisation d’argent en employant une fine couche d’Ag de 5 nm, ce qui a non seulement permis de maintenir les performances élevées du dispositif, mais aussi d’améliorer la rentabilité des matériaux ».
« De plus, nous avons optimisé un processus de croissance à basse température qui s’est avéré très bénéfique pour l’interface ITO/CIGS », poursuit-il, expliquant qu’à des températures réduites, la formation d’oxyde de gallium amorphe (GaOx) – “nuisible” à l’interface arrière – était « considérablement réduite. Nous avons ainsi pu obtenir une puissance de sortie exceptionnellement élevée dans la catégorie CIS ~1,0 eV, mesurée sous un éclairage arrière et bifacial », précise Dae-Hwan Kim. En effet, ces travaux ont abouti à la création d’une cellule disposant d’un rendement arrière de 8,44 % et d’un rendement avant de 15,30 %.
Résultats records
Dans le cadre de cette étude, les échantillons ont été fabriqués avec une couche d’ITO de 200 nm sur du verre sodocalcique, suivie d’une couche d’argent (Ag) de 5 nm, puis d’un absorbeur CIS à faible teneur en gallium. Un processus de co-évaporation multi-étapes modifié a été utilisé pour optimiser l’interface arrière de l’absorbeur, ce qui a été confirmé par imagerie au microscope électronique à balayage à émission de champ en coupe transversale.
Le groupe de travail a optimisé le processus de croissance à basse température, en analysant la qualité des échantillons traités à 460, 420 et 390 °C, avec et sans alliage d’argent. La densité de production d’électricité bifaciale (BPGD) était de 23,1 mW/cm², selon ses recherches. Le groupe a affirmé qu’il s’agissait-là de résultats records. Kim estime que le processus et les méthodologies issus de la recherche pourraient d’ailleurs probablement être appliqués dans le domaine plus large des études sur les CIGS bifaciaux.
Les chercheurs ont conclu que les températures de dépôt plus basses amélioraient les performances de la face arrière et que leur étude démontrait le rôle du traitement à basse température, du faible dopage au Ga et de l’alliage d’Ag dans la suppression des pertes par recombinaison des porteurs dans les cellules solaires CIS.
Le prochain axe de recherche du groupe consiste à utiliser les cellules solaires CIS à bande interdite étroite et à haut rendement dans des architectures tandem pérovskite-CIS bifaciales. « En tirant parti du processus optimisé à basse température et des améliorations apportées à la face arrière, nous cherchons à repousser les limites de performance des dispositifs tandem bifaciaux. Parallèlement, nous appliquons également ces résultats aux cellules solaires à couche mince à base d’antimoine, afin d’explorer leur potentiel pour des applications photovoltaïques évolutives et efficaces », conclut Dae-Hwan Kim.
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