Progrès vers des cellules solaires à couche mince à plus haut rendement

Des rendements de conversion record ont été atteints avec des cellules photovoltaïques à couches minces par le groupe AMOLF.

Esther Alarcon Llado, chef du groupe AMOLF, a déclaré : « sur la base des fortes performances de piégeage de la lumière de nos modèles, nous estimons que des rendements photovoltaïques supérieurs à 20 % pourraient être atteints pour une cellule c-Si de 1 μm d'épaisseur, ce qui représenterait une percée absolue vers la flexibilité. , PV c-Si léger.

De plus, les absorbeurs Si plus minces sont plus tolérants aux défauts électroniques que leurs homologues épais. Cela signifie que les cellules Si fines à haut rendement pourraient également être fabriquées à partir de silicium de qualité inférieure, réduisant ainsi les besoins énergétiques pour la purification du Si brut et réduisant leur temps de récupération énergétique. Le photovoltaïque mince à motifs hyperuniformes est une technologie très prometteuse. Bien qu'il y ait encore beaucoup de travail à faire pour intégrer ces cellules fines à haut rendement dans notre environnement de vie, ce travail nous rend très optimistes que cela se produira bientôt.

Plus de 65 % d'absorption de la lumière du soleil dans une dalle de Si d'un micron avec une texture hyperuniforme

Nasim Tavakoli, Richard Spalding, Alexander Lambertz, Pepijn Koppejan, Georgios Gkantzounis, Chenglong Wan, Ruslan Röhrich, Evgenia Kontoleta, A. Femius Koenderink, Riccardo Sapienza, Marian Florescu et Esther Alarcon-Llado
ACS Photonique 2022 9 (4), 1206-1217
DOI : 10.1021/acsphotonics.1c01668

Les cellules solaires minces, flexibles et invisibles seront une technologie omniprésente dans un avenir proche. Les cellules en silicium cristallin ultrafin (c-Si) capitalisent sur le succès des cellules en silicium massif tout en étant légères et mécaniquement flexibles, mais souffrent d'une absorption et d'une efficacité médiocres. Nous présentons ici une nouvelle famille de texturation de surface, basée sur des motifs hyperuniformes désordonnés corrélés, capables de coupler efficacement le spectre incident dans les modes optiques de la plaque de silicium. Nous démontrons expérimentalement 66.5 % d'absorption de la lumière solaire dans des couches de c-Si autoportantes de 1 μm par nanostructuration hyperuniforme pour la gamme spectrale de 400 à 1050 nm. Le photocourant équivalent d'absorption dérivé de nos mesures est de 26.3 mA/cm2, ce qui est bien au-dessus du plus élevé trouvé dans la littérature pour Si d'épaisseur similaire. Compte tenu des technologies Si PV de pointe, nous estimons que le piégeage amélioré de la lumière peut entraîner une efficacité de la cellule supérieure à 15 %. L'absorption lumineuse peut potentiellement être augmentée jusqu'à 33.8 mA/cm2 en incorporant un rétro-réflecteur et un antireflet amélioré, pour lesquels nous estimons un rendement photovoltaïque supérieur à 21% pour des cellules Si de 1 μm d'épaisseur.

Une autre réalisation scientifique des cellules solaires

La deuxième concerne les cellules solaires à couche mince CZTSSe (cuivre, zinc, étain avec un peu de soufre et de sélénium), qui sont des cellules solaires à couche mince à usage général respectueuses de l'environnement. Celles-ci pourraient devenir, après le silicium, l'un des types de cellules solaires à couches minces dominantes/courantes (et déplaçant les couches épaisses) du futur.

Pas d'indium pour la ou les couches de matériau en vrac, ce qui atténue les problèmes d'approvisionnement autour de l'indium.
N'a pas non plus besoin de gallium comme la majeure partie d'une couche, pour les personnes préoccupées par le gallium.

Les cellules solaires respectueuses de l'environnement améliorent l'efficacité de la production d'énergie en résolvant les causes des défauts.
DGIST - Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk

Livre:
Effet de l'ordre d'empilement des précurseurs métalliques sur la formation de défauts de volume dans le film mince CZTSSe : mécanisme de formation de cloques et de nanopores
Se-Yun Kim, Seung-Hyun Kim, Dae-Ho Son, Hyesun Yoo, Seongyeon Kim, Sammi Kim, Young-Ill Kim, Si-Nae Park, Dong-Hwan Jeon, Jaebaek Lee, Hyo-Jeong Jo, Shi-Joon Sung, Dae-Kue Hwang, Kee-Jeong Yang, Dae-Hwan Kim et Jin-Kyu Kang
ACS Matériaux appliqués et interfaces 2022 14 (27), 30649-30657
DOI: 10.1021/acsami.2c01892 https://dx.doi.org/10.1021/acsami.2c01892 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01892