D’après pv magazine International
Des chercheurs de la National University of Singapore (NUS), de l’Institut de recherche sur l’énergie solaire de Singapour (SERIS) et du fabricant chinois de modules solaires JinkoSolar ont atteint une efficacité de conversion énergétique de 32,76 % pour une cellule solaire tandem pérovskite-silicium basée sur un dispositif TOPCon en couche inférieure. La cellule solaire a été présentée dans l’article « Cristallisation de la pérovskite assistée par additifs sur silicium industriel TOPCon pour des cellules solaires tandem à efficacité améliorée », publié dans Nature Energy. Il a été certifié par le Centre national de métrologie de l’industrie photovoltaïque de Chine (NPVM).
L’équipe de recherche a souligné que les wafers de silicium TOPCon standard industriel, d’une épaisseur d’environ 130 µm, présentent une masse thermique réduite et une conductivité thermique élevée. « Lors du processus de recuit de la pérovskite, le transfert rapide de chaleur provoque une cristallisation trop rapide et incontrôlée de la couche pérovskite, entraînant des vides et des défauts importants dans le film, ce qui compromet la performance du tandem », a expliqué Menglei Xu de JinkoSolar à pv magazine. « Pour surmonter ce goulet d’étranglement, nous avons mis en place un effort de recherche collaboratif avec la NUS et le SERIS, développant de manière innovante une nouvelle stratégie de contrôle de la cristallisation pour la cellule pérovskite supérieure. »
L’équipe est passée des stratégies traditionnelles axées sur les ions plomb inorganiques à une approche ciblant spécifiquement les composants organiques. Ils ont introduit un ligand 2-mercaptobenzothiazole (MBT) dans la solution précurseur utilisée pour le film pérovskite.
« Le ligand MBT possède une capacité de liaison double : l’atome d’azote hétérocyclique et le groupe thiol (-SH) permettent à la fois des liaisons hydrogène et des interactions électrostatiques avec les cations FA », a expliqué Menglei Xu de JinkoSolar. « Cette interaction double stabilise efficacement les phases intermédiaires et ralentit le processus de cristallisation pour former un film pérovskite compact, uniforme, sans vides et de haute qualité sur des wafers de silicium industriels. »
La cellule pérovskite supérieure a été fabriquée avec un substrat en oxyde d’indium-étain (ITO), une couche de transport de trous (HTL) à base d’oxyde de nickel (NiOₓ), une monocouche auto-assemblée (SAM), un absorbeur pérovskite, le traitement de surface proposé, une couche de transport d’électrons (ETL) en buckminsterfullerène (C60) évaporé thermiquement, une couche d’oxyde d’étain (SnO₂) et une seconde couche d’ITO.
La cellule siliconée inférieure a été entièrement fabriquée selon des procédés TOPCon industriels sur des wafers de silicium monocristallin Czochralski commerciaux mesurant environ 182,3 mm × 183,75 mm, avec une épaisseur de 130 µm.
Testé sous conditions d’illumination standard, le dispositif tandem de 0,925 cm² a atteint une efficacité de conversion énergétique de 33,62 % et une tension en circuit ouvert pouvant atteindre 1,97 V. De plus, la cellule a conservé 91 % de son efficacité initiale après 1 700 heures d’opération continue en suivi du point de puissance maximale (MPPT) à température ambiante et 85 % d’humidité relative. « Il s’agit de l’une des plus hautes efficacités stabilisées certifiées jamais rapportées pour des cellules tandem pérovskite/TOPCon monolithiques », a souligné l’équipe de recherche.
Concernant la compatibilité industrielle, l’étude met en avant le potentiel d’intégration directe dans les lignes de production existantes. Les chercheurs ont indiqué que cette stratégie de contrôle organique introduisant le ligand MBT peut être appliquée directement aux processus de fabrication par solutions à grande surface et à haut débit, ouvrant la voie à l’intégration de la technologie pérovskite très efficace dans les lignes de production de silicium classiques.
« Ce travail révèle un problème de cristallisation de la pérovskite jusqu’ici négligé sur les wafers de silicium industriels, fournissant des informations cruciales pour l’intégration des cellules pérovskite dans la technologie TOPCon classique », a conclu Menglei Xu de JinkoSolar. « Notamment, la stratégie décrite dans l’article a un potentiel significatif pour une application directe en production industrielle. Sa compatibilité avec des méthodes de traitement par solution évolutives et à haut débit permet de traduire cette recherche en usage industriel concret. »
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