Avancées dans les cellules solaires en tandem sélénium/silicone

L'énergie solaire est un acteur clé dans la transition vers des sources d'énergie renouvelables. Les cellules solaires en silicium ont été la norme depuis des décennies, grâce à leur prix abordable et leur fiabilité. Cependant, il y a une limite à la quantité d'énergie qu'elles peuvent convertir, se rapprochant d'un plafond de performance. Cela crée un besoin de nouvelles technologies qui peuvent améliorer les taux de conversion d'énergie et réduire les coûts associés aux systèmes solaires. Une voie prometteuse est celle des cellules solaires tandem, qui combinent des matériaux pour dépasser les limites d'Efficacité des cellules en silicium traditionnelles.

#Qu'est-ce que les cellules solaires tandem ?

Les cellules solaires tandem impliquent de superposer différents matériaux pour capter plus de lumière. L'idée est d'utiliser des matériaux aux propriétés différentes pour absorber différentes parties du spectre solaire. Une cellule inférieure en silicium, bien établie, est associée à une cellule supérieure en un autre matériau. Cette combinaison permet une meilleure efficacité que l'utilisation du silicium seul.

#Le potentiel du sélénium

Le sélénium, un matériau solaire plus ancien, attire l'attention en tant que partenaire potentiel pour la cellule supérieure dans des dispositifs tandem. Son gap direct lui permet d'absorber efficacement la lumière solaire, et ses caractéristiques le rendent facile et économique à travailler. Les avantages du sélénium incluent une forte capacité d'absorption, une stabilité à long terme et un process de fabrication simple. Cependant, il a rencontré des défis pour atteindre une haute efficacité dans les cellules solaires pendant de nombreuses années.

#Avancées dans la technologie du sélénium

Dans le passé, les cellules solaires en sélénium peinaient à atteindre de meilleurs niveaux de performance. L'efficacité était coincée autour de 5 % pendant des décennies. Des innovations récentes ont commencé à changer cela. De nouveaux designs de dispositifs ont poussé l'efficacité à 6,5 %, montrant que le sélénium a le potentiel de mieux fonctionner dans les cellules tandem lorsqu'il est combiné avec du silicium.

#Réalisation des premières cellules solaires tandem monolithiques sélénium/silicium

Des efforts récents ont conduit à la création réussie de cellules solaires tandem sélénium/silicium. Les tests initiaux ont montré des promesses, mais des problèmes concernant le déplacement de l'électricité à travers le dispositif ont limité la performance globale. En utilisant des simulations informatiques, les chercheurs ont identifié des problèmes à l'interface où les parties en sélénium et en silicium se rencontraient, ce qui bloquait le flux d'électricité.

En apportant des ajustements et en changeant le matériau de transport des électrons, ils ont pu améliorer l'efficacité de manière significative, atteignant 2,7 %. Cela montre qu'avec d'autres ajustements, des performances encore meilleures pourraient être possibles.

#L'importance de la structure du dispositif

La structure des cellules solaires joue un rôle crucial dans leur efficacité. Les cellules de silicium inférieures utilisées sont basées sur une technique appelée contact passivé par oxyde tunnel (TOPCon). Cette méthode aide à piéger plus de lumière et améliore le fonctionnement de la cellule solaire.

Dans la construction des cellules tandem, la couche de sélénium est soigneusement superposée sur le silicium, en utilisant des matériaux qui aident à piéger la lumière efficacement tout en permettant le mouvement des charges. L'utilisation de différents matériaux de contact influence la façon dont l'électricité circule, soulignant l'importance de choisir les bons matériaux.

#Défis de performance

Malgré les avancées, il y a des obstacles en termes de performance. Lors des tests, les cellules tandem ont montré que le déplacement de l'électricité n'était toujours pas aussi efficace que souhaité, entraînant une sortie inférieure aux attentes. Il est devenu clair que la cellule supérieure en sélénium était le goulot d'étranglement, car elle ne pouvait pas capturer autant d'énergie que prévu.

Pour améliorer la performance, des stratégies qui augmentent la manière dont la lumière est absorbée et la façon dont l'électricité circule à travers le dispositif doivent être envisagées. En particulier, des efforts doivent être faits pour augmenter le courant généré par la cellule tandem, ce qui nécessitera des ajustements dans la manière dont le dispositif est construit.

#Investigation de la polarité du dispositif

Un autre aspect à noter est la polarité des dispositifs. Les tests ont montré que la manière dont la lumière est autorisée à entrer dans les cellules solaires peut avoir un effet significatif sur la performance. Lorsque la lumière était dirigée à travers la bonne couche, le courant généré a quadruplé. Cela souligne l'importance de la conception des cellules solaires et de l'emplacement des jonctions.

#Comprendre les pertes de transport de porteurs

Le principal problème affectant la performance a été identifié comme étant les pertes de transport de porteurs, c'est-à-dire la manière dont l'électricité peut circuler à travers la cellule solaire. La présence de barrières aux interfaces créait une résistance supplémentaire, limitant encore plus le flux. S'attaquer à ces barrières pourrait conduire à des gains de performance notables.

#Explorer les combinaisons de matériaux

Un examen approfondi de différents matériaux a révélé que le passage d'une couche de transport à une autre pouvait grandement influencer la circulation de l'électricité. L'étude a conclu que bien que certains matériaux comme le ZnMgO soient prometteurs, ils avaient des inconvénients qui pourraient freiner la performance. Le passage à TiO a considérablement amélioré les résultats, car cela a abaissé les barrières et permis un flux de courant plus efficace.

#Directions futures

Pour l'avenir, il est essentiel de trouver de meilleures façons d'améliorer l'efficacité de ces cellules tandem. Les options incluent l'amélioration de la construction de la cellule supérieure en sélénium, l'augmentation de la qualité des matériaux utilisés et l'exploration de nouvelles approches de superposition des matériaux.

De plus, le potentiel d'ajouter des couches pouvant modifier l'interface entre différents matériaux pourrait également offrir des avantages significatifs. Cette zone a été étudiée dans d'autres types de cellules solaires, et des ajustements similaires pourraient être adaptés pour les technologies tandem sélénium/silicium.

#Conclusion

Le chemin vers des cellules solaires tandem sélénium/silicium efficaces montre des promesses. Atteindre une efficacité de conversion de 2,7 % est un pas dans la bonne direction, mais il reste encore beaucoup de travail à faire. En s'attaquant à des problèmes comme les pertes de transport de porteurs et en affinant les combinaisons de matériaux, les objectifs d'efficacité fixés pour ces dispositifs tandem peuvent devenir une réalité. La recherche met non seulement en lumière le potentiel du sélénium dans la technologie solaire, mais également prépare le terrain pour de futures avancées dans les solutions d'énergie renouvelable.